Структури, образувани от плазмалемата. Методи на изследване в хистологията
Те са тела, ограничени от билипидна мембрана и съдържащи електронно-плътна матрица, състояща се от набор
хидролитични ензимни протеини (повече от тридесет вида хидролази), способни да разделят всякакви полимерни съединения (протеини, мазнини, въглехидрати), техните комплекси на мономерни фрагменти.
Функцията на лизозомите е да осигурят вътреклетъчното смилане, т.е. разграждането както на екзогенни, така и на ендогенни биополимерни вещества.
Класификация на лизозомите:
1) първични лизозоми - електронни плътни тела;
2) вторични лизозоми - фаголизозоми, включително автофаголизозоми;
3) третични лизозоми или остатъчни тела.
Истинските лизозоми се наричат малки тела с електронна плътност, които се образуват в ламеларен комплекс. Храносмилателната функция на лизозомите започва само след сливане с фагозома (фагоцитизирано вещество, заобиколено от билипидна мембрана) и образуване на фаголизозома, в която се смесват фагоцитираният материал и лизозомните ензими. След това започва разцепването на биополимерните съединения на фагоцитирания материал на мономери - аминокиселини, захари. Тези молекули свободно проникват през мембраната на фаголизозомата в хиалоплазмата и след това се използват от клетката - използват се за генериране на енергия или изграждане на нови вътреклетъчни макромолекулни съединения. Някои съединения не могат да бъдат разцепени от лизозомни ензими и поради това се екскретират непроменени от клетката чрез екзоцитоза (обратен процес на фагоцитоза). Веществата от липиден характер практически не се разграждат от ензими, но се натрупват и уплътняват във фаголизозомата. Тези образувания се наричат третични лизозоми (или остатъчни тела).
В процеса на фагоцитоза и екзоцитоза мембраните в клетката се рециркулират: по време на фагоцитозата част от плазмолемата се отделя и образува фагозомна обвивка; по време на екзоцитозата тази обвивка отново се вгражда в плазмолемата. Повредените, променени или остарели клетъчни органели се използват от него по механизма на вътреклетъчна фагоцитоза с помощта на лизозоми. Първоначално тези органели са заобиколени от билипидна мембрана и се образува вакуола, автофагозома. След това една или повече лизозоми се сливат с него и се образува автофаголизозома, в която се извършва хидролитично разцепване на биополимерни вещества, както във фаголизозомата.
Пероксизоми
Пероксизомите са микротела на цитоплазмата (0,1-1,5 μm), подобни по структура на лизозомите, но се различават от тях по това, че тяхната матрица съдържа кристалоподобни структури, а сред ензимните протеини има каталаза, която разрушава водородния пероксид, образуван по време на окисление аминокиселини .
СИСТЕМА ОТ ВЪТРЕХКЛЕТЪЧНИ РЕЗЕРВОАРИ, РАЗНООБРАЗИЕ. ВЪТРЕШНОКЛЕТЪЧЕН СИНТЕЗЕН КОНВЕЙЕР НА ПРОТЕИНИ, МАЗНИНИ И ВЪГЛЕХИДРАТИ: КОМПОНЕНТИ, СТОЙНОСТ.
Системата от вътреклетъчни резервоари, в които се натрупват вещества, синтезирани от клетката, се нарича комплекс (апарат) на Голджи. Комплексът Голджи е група от цистерни, събрани на малка площ. Отделна зона на натрупване на тези резервоари се нарича диктиозома. Резервоарите са подредени. Между купчините има тънки слоеве хиалоплазма. В центъра мембраните на резервоарите са събрани, а по периферията могат да имат разширения (ампули). Освен гъсто разположени плоски цистерни, в зоната на апарата на Голджи се наблюдават множество вакуоли. Малки вакуоли са изпъкнали от удължения по краищата на плоски цистерни. Обичайно е да се прави разлика между проксимална или развиваща се цис област и дистална или зряла транс област в диктиозомната зона. В секретиращите клетки апаратът на Голджи обикновено е поляризиран: от една страна, непрекъснато се образуват мембранни торбички, а от друга - те са заплетени под формата на мехурчета. Цистерните на апарата на Голджи са свързани с тубулите на ER.
вътреклетъчен конвейер :
рибозома - ендоплазмен ретикулум - комплекс на Голджи
КЛЕТЪЧНО ЯДРО: МИКРОСКОПИЧНА, УЛТРАМИКРОСКОПИЧНА СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ НА МЕЖДУФАЗНОТО ЯДРО.
Ядрое най-важният компонент на клетката, съдържаща ягенетичен апарат.
Функции на ядрото:
1 съхранение на генетична информация (в ДНК молекули, разположени в хромозоми);
2 реализиране на генетична информация, контролиране на осъществяването на различни процеси в клетката – от синтетична до програмирана смърт (апоптоза);
3 възпроизвеждане и предаване на генетична информация (по време на клетъчното делене).
Обикновено в клетката има само едно ядро, но имамногоядрени клетки, които се образуват в резултат на клетъчно делене, не е придружено отцитотомия,или сливане на няколко мононуклеарни клетки (последните са по-правилно да се наричатсимпласти).
Форма на ядроторазличните клетки не са еднакви: има клетки с кръгло, овално, бобовидно, пръчковидно, многолопастно, сегментирано ядро; често има вдлъбнатини на повърхността на ядрото. Най-често формата на ядрото като цяло съответства на формата на клетката: обикновено е сферична в кръгли или кубични клетки, удължена или елипсоидна в призматичните клетки и сплескана в плоските.
Основно местоположение варира в различните клетки; може да лежи в центъра на клетката (в кръгли, плоски, кубични или удължени клетки), на нейния основен полюс (в призматичните клетки) или в периферията (например в мастните клетки).
Размер на ядротое относително постоянна за всеки тип клетка, но може да варира в определени граници, като нараства с увеличаване на функционалната активност на клетката и намалява с нейното инхибиране.
Компоненти на ядрото. В сърцевината на неделящ се(интерфаза)се откриват клеткикариолема (ядрена мембрана), хроматин, ядро и кариоплазма (ядрен сок). Както ще се види от това, което следва,
хроматинът и ядрото не са независими компоненти на ядрото, а са морфологично отражениехромозоми,присъстват в интерфазното ядро, но не се откриват като отделни образувания.
ядрена обвивка
Ядрена обвивка (кариолема)на светлооптично ниво практически не се определя; под електронен микроскоп се установява, че се състои от две мембрани - външна и вътрешна, -разделени от кухина с ширина 15-40 mm (перинуклеарно пространство)и затваряне в района ядрени пори.
външна мембранае неразделна част от мембраните на rREPS - на повърхността му има рибозоми, а перинуклеарното пространство съответства на кухината на цистерните на rREPS и може да съдържа синтезиран материал. От страна на цитоплазмата външната мембрана е заобиколена от рехава мрежа от междинни (виментин) филаменти.
Вътрешна мембрана - гладка, нейните интегрални протеини са свързани с ядрената плоча -ламина -слой с дебелина 80-300 nm, състоящ се от преплетени междинни нишки(ламини),образувайки кариоскелет. Ламината играе много важна роля в: (1) поддържанетоформиядки; (2) подредено подрежданехроматин;(3) структурна организацияпарни комплекси; (4) образуване на кариолемма по време на клетъчното делене.
ядрени поризаемат 3-35% от повърхността на ядрената обвивка. Те са по-многобройни в ядрата на интензивно функциониращите клетки и отсъстват в ядрата на спермата. Порите (виж Фиг. 3-19) съдържат два успоредни пръстена (по един от всяка повърхност на кариолемата) с диаметър 80 nm, които са образувани от8 протеинови гранули. От тези гранули към центъра се събиратфибрили,форма преграда (диафрагма) с дебелина около 5 nm, в средата на която лежицентрална гранула (според някои идеи това е субединицата на рибозомата, транспортирана през порите). Наборът от структури, свързани с ядрена пора, се наричакомплекс от ядрени пори. Последният образува воден канал с диаметър 9 nm, по който се движат малки водоразтворими молекули и йони. Гранули от порести комплекси са структурно свързани с протеините на ядрената ламина, която участва в тяхната организация.
Ядрената обвивка в животинските и човешките клетки съдържа до 2000-4000 комплекса от пори. Чрез тях синтезираните протеини навлизат в ядрото от цитоплазмата, а молекулите на РНК и рибозомните субединици се пренасят в обратна посока.
Функции на комплекса от ядрени пори:
1. Осигуряване на регулиране на изборния транспорт вещества между цитоплазмата и ядрото.
2. Активен трансфер към ядрото на протеини, имащи специална маркировка под формата на така наречената последователност на ядрена локализация - Nuclear Localization Sequence (NLS), разпозната от NLS рецепторите (в комплекса на порите).
3. Трансфер на рибозомни субединици в цитоплазмата, които обаче са твърде големи за свободното преминаване на порите; техният транспорт вероятно е придружен от промяна в конформацията на перовия комплекс.
Хроматин
Хроматин(от гръцки chroma - боя) малки зърна и бучки материал, който се намира в ядрото на клетките и се оцветява с основни багрила. Хроматинът се състои откомплекс от ДНК и протеин и съответства на хромозоми, които в интерфазното ядро са представени от дълги, тънки усукани нишки и са неразличими като отделни структури. Тежестта на спирализиране на всяка от хромозомите не е еднаква по дължината им. Има два вида хроматин -еухроматин и хетерохроматин.
Еухроматинсъответства на сегменти от хромозоми, коитодеспирализирани и отворени за транскрипция. Тези сегменти не цапайтеи не се виждат под светлинен микроскоп.
Хетерохроматинотговаря кондензиран, плътно навити сегменти от хромозоми (което ги правинедостъпни за транскрипция). Той интензивно оцветени основни багрила, а в светлинен микроскоп има формата на гранули.
По този начин, според морфологичните характеристики на ядрото (съотношението на съдържанието на еу- и хетерохроматин) е възможно да се оцени активността на транскрипционните процеси и следователно синтетичната функция на клетката. С увеличаването му това съотношение се променя в полза на еухроматина, с намаляване съдържанието на хетерохроматин се увеличава. При пълно потискане на функцията на ядрото (например в увредени и умиращи клетки, с кератинизация на епителните клетки на епидермиса - кератиноцити, с образуването на кръвни ретикулоцити), той намалява по размер, съдържа само хетерохроматин и се оцветява с основни багрила интензивно и равномерно. Такова явление се наричакариопикноза(от гръцки karyon - сърцевина и pyknosis - печат).
Разпределението на хетерохроматин (топографията на неговите частици в ядрото) и съотношението на съдържанието на еу- и хетерохроматинхарактерни за клетките от всеки тип, което им позволява да идентифициране
както визуално, така и с автоматични анализатори на изображения. Има обаче някои общимодели на разпределение на хетерохроматин в ядрото: неговите клъстери са разположенипод кариолемата прекъснат в областта на порите (поради връзката си с ламината) и около ядрото (перинуклеоларен хетерохроматин) по-малки бучки са разпръснати из ядрото.
тяло на Бар -натрупване на хетерохроматин, съответстващ на една Х хромозома при жените, който е плътно усукан и неактивен в интерфазата. В повечето клетки той се намира близо до кариолемата, а в кръвните гранулоцити изглежда като малък допълнителен сегмент от ядрото.("барабанна палка"). Откриването на телце на Barr (обикновено в епителните клетки на устната лигавица) се използва като диагностичен тест за определяне на генетичния пол (задължително по-специално за жени, участващи в олимпийски игри).
Опаковка на хроматин в ядрото. В декондензирано състояние дължината на една молекула (двойна спирала) ДНК, образуваща всяка хромозома, е средно около 5 cm, а общата дължина на ДНК молекулите на всички хромозоми в ядрото (около 10 μm в диаметър) е повече от 2 m (което е сравнимо с полагане на нишка с дължина 20 km в топка за тенис с диаметър около 10 cm), а в S-периода на интерфазата - повече от 4 m.компактно опаковане на ДНК молекули, В клетъчното ядро това се осъществява благодарение на връзката им със специални осн(хистонови) протеини. Компактното опаковане на ДНК в ядрото осигурява:
(1) подредена подредба много дълги ДНК молекули в малък обем на ядрото;
(2) функционаленконтрол на генната активност (поради влиянието на естеството на опаковката върху активността на отделните участъци от генома.
Нива на пакетиране на хроматин(Фигура 3-20). Първоначалното ниво на опаковане на хроматин, което осигурява образуването нуклеозомна верига 11 nm в диаметър, поради навиването на двойна верига от ДНК (2 nm в диаметър) върху дисковидни блокове от 8 хистонови молекули (нуклеозоми).Нуклеозомите са разделени от къси участъци от свободна ДНК. Второто ниво на опаковане също се дължи на хистони и води до усукване на нуклеозомната верига с образуването хроматинов фибрил 30 nm в диаметър. В интерфазата хромозомите се образуват от хроматинови фибрили, като всеки хроматид се състои от един фибрил. При по-нататъшно опаковане се образуват хроматинови фибрили цикли (циклични домейни) 300 nm в диаметър, всеки от които съответства на един или повече гени, а тези от своя страна, в резултат на още по-компактно подреждане, образуват участъци от кондензирани хромозоми, които се откриват само по време на клетъчното делене.
В хроматина ДНК е свързана, в допълнение към хистоните, също и снехистонови протеини
който регулиране на генната активност.
В същото време хистоните, като ограничават достъпа на ДНК до други ДНК-свързващи протеини, могат да участват в регулирането на генната активност.
Функцията за съхранение на генетична информация в ядрото в непроменен вид е изключително важен за нормалното функциониране на клетката и целия организъм. Изчислено е, че по време на репликацията на ДНК и в резултат на нейното увреждане от външни фактори във всяка човешка клетка настъпват промени в 6 нуклеотида годишно. Полученото увреждане на ДНК молекулите може да бъде коригирано в резултат на процесарепарацииили от заместванеслед разпознаване и маркиране съответната област.
В случай на невъзможност за възстановяване на ДНК в случай на твърде значително увреждане, намеханизъм на програмирана клетъчна смърт (виж отдолу). В тази ситуация "поведението" на клетката може да се оцени като своеобразно "алтруистично самоубийство": с цената на смъртта си тя спасява организма от евентуални негативни последици от репликацията и амплификацията на увреден генетичен материал.
Способността за възстановяване на ДНК в възрастен намалява с около 1% всяка година. Този спад може отчасти да обясни защо стареенето е рисков фактор за рак.Нарушения на процесите на възстановяване на ДНК характерни за редица наследствени заболявания, при които рязкоповдигнатикак чувствителност към увреждащи фактори, така честота на развитие на злокачествени новообразувания.
функция прилагане на генетична информация в интерфазното ядро се извършва непрекъснато поради процеситетранскрипция.Геномът на бозайниците съдържа около 3x0 9 нуклеотиди, но не повече от 1% от обема си кодира важни протеини и участва в регулацията на техния синтез. Функциите на основната некодираща част от генома са неизвестни.
ДНК транскрипцията произвежда много голяма РНК молекула (първичен препис),който се свързва с ядрените протеини, за да образува рибонуклеопротеини (RNP).В първичния РНК транскрипт (както в матричната ДНК) има дискретни значими нуклеотидни последователности (екзони),разделени от дълги некодиращи вложки (нитрони).Обработката на РНК транскрипта включва разцепване на интрони и докинг на екзони - снаждане(от английски, снаждане - снаждане). В този случай една много голяма РНК молекула се превръща в доста малки иРНК молекули, които се отделят от свързаните с тях протеини, когато се прехвърлят в цитоплазмата. Лизозоми: структура, значение. Апарат за вътреклетъчно храносмилане.
Лизозоми(по-рано наричани вторични лизозоми) - органели, участващи активно вкрайните етапи на процеса на вътреклетъчно храносмилане макромолекули, уловени от клетката чрез широк спектър от литични ензими при ниски стойности на pH (5,0 и по-ниски). Те се образуват скъсни ендозоми. Диаметърът на лизозомите обикновено е 0,5-2 µm, а тяхната форма и структура могат да варират значително в зависимост от естеството на усвоения материал. Както в случая с хидролазните везикули, те се идентифицират надеждно само въз основа на наличието нахидролитични ензими. Името на отделните видове лизозоми се основава на наличието на морфологично разпознаваем материал в техния лумен;
при липса на него се използва общият терминлизозома.След смилане на съдържанието на лизозомата, получените нискомолекулни вещества дифундират през нейната мембрана в хиалоплазмата.
1) Фаголизозомаобразувани чрез сливанекъсна ендозома или лизозомис фагозома,също наричанхетерофагозома (от гръцки heteros - друг, phagein - да ям и soma - тяло) - мембранна везикула, съдържаща материал, уловен от клетката отвън и подложен на вътреклетъчно смилане; процесът на разрушаване на този материал се наричахетерофагия;
2) Автофаголизозома образувани чрез сливанекъсна ендозома или лизозомис автофагозома(от гръцки autos - себе си, phagein - да ям и soma - тяло) - мембранна везикула, съдържаща собствените си компоненти на клетката, която трябва да бъде унищожена. Процесът на смилане на този материал се наричаавтофагияИзточникът на мембраната, обграждаща клетъчните компоненти, е GREP.
3) Мултивезикуларно тяло (от латински multi - много и vesicula - мехур) е голяма (200-800 nm в диаметър) сферична мембрана, заобиколена от вакуола, съдържаща малки (40-80 nm) везикули, потопени в лека или умерено плътна матрица. Образува се в резултат на сливането на ранните ендозоми с късните и се образуват малки везикули, вероятно чрез пъпкуване навътре от вакуолната мембрана. Матрицата на тялото съдържа литични ензими и очевидно осигурява постепенното разрушаване на вътрешните везикули.
4) Остатъчни тела - съдържащи лизозоминеразграден материал които могат да останат дълго време в цитоплазмата или да изхвърлят съдържанието си извън клетката. Най-често срещаният вид остатъчни тела в човешкото тяло салипофусцин гранули - мембранни везикули с диаметър 0,3-3 μm, съдържащи трудно разтворим кафяв ендогенен пигментлипофусцин.Под електронен микроскоп липофусциновите гранули са структури с различна форма, съдържащи липидни капчици, плътни гранули и пластини. Поради натрупването им в някои клетки (неврони, кардиомиоцити) по време на стареенето, липофусцинът се счита за„стареене на пигмента“ или „износване“.
Секреция на лизозомни ензими извън клеткатаизвършва се в остеокласти - клетки, които разрушават костната тъкан, както и фагоцити (неутрофили и макрофаги) по време на извънклетъчното смилане на различни обекти. Прекомерната секреция на тези ензими може да доведе до увреждане на околните тъкани.
Ролята на хетерофагията в нормалната дейност на клетките и значението на нейните нарушения. Хетерофагия играе много важна роля във функцията на клетките на всички тъкани и органи.дефицитнякои лизозомни ензими (обикновено поради наследствени аномалии) могат да доведат до развитие на редица заболявания, причинени от натрупването на несмлени вещества в клетките (най-често гликоген, гликолипиди, гликозаминогликани), които нарушават тяхната функция(болест на съхранение). При най-честите заболявания, принадлежащи към тази група, се увреждат неврони, макрофаги, фибробласти и остеобласти, което се проявява клинично чрез различни по тежест нарушения на структурата и функцията на скелета, нервната система, черния дроб и далака.
IN бъбрекв резултат на хетерофагията клетките улавят протеини от лумена на тубулите и ги разграждат до аминокиселини, които след това се връщат обратно в кръвта. Хетерофагия в клетките на щитовидната жлеза(тироцити)осигурява разцепването на йодсъдържащите хормони от протеиновата матрица и последващото им усвояване в кръвта. Нарушаването на процеса на хетерофагия в тези клетки причинява тежки нарушения във функцията на тези органи.
Хетерофагията е от особено значение за клетките, които изпълняват защитна функция, чиято дейност се основава на абсорбцията отвън и смилането на частици или вещества. Така,фагоцити (макрофаги и неутрофилни левкоцити) улавят и усвояват микроорганизми, които влизат в тъканите на макроорганизма или на тяхната повърхност (например епитела на лигавиците). При липса или недостатъчна активност на лизозомни ензими, които унищожават микробите (например при редица генетично обусловени нарушения), тези клетки не могат ефективно да изпълняват защитни функции, което води до развитие на тежки хронични възпалителни заболявания.
Повечето патогененмикроорганизмите избягват увреждащото действие на фагоцитите, като правят това по различни начини. И така, някои (например патогенпроказа)притежавам устойчивосткъм действието на лизозомните ензими; други микроби (например патогентуберкулоза)в състояние да потиснепроцес на сливане на фагозоми с лизозоми, някои могат да избегнат унищожението,разкъсване на мембраните на фагозомите или лизозомите.
Ролята на автофагията в нормалната дейност на клетките и значението на нейните нарушения. автофагия осигурява постояннообновяване ("подмладяване") клетъчни структури, дължащи се на смилането на участъци от цитоплазмата, митохондриите, натрупванията на рибозоми, мембранните фрагменти (загубата на които се компенсира от тяхната неоплазма). Този процес на обновяване в клетката е фино регулиран и всеки от нейните компоненти
Nent има определен живот. Така в невроните на възрастен човек, които функционират в продължение на много десетилетия, повечето органели не са по-стари от 1 месец. В чернодробните клетки (хепатоцити) по-голямата част от цитоплазмата се разрушава за по-малко от 1 седмица. В някои случаи автофагията може да служи като клетъчен отговор на недохранване. Специален случай на автофагия е кринофагия(от гръцки. krinein - отделям, отделям) - лизозомно унищожаване на излишната неекстрахирана секреция в клетките на жлезите. ВРЪЗКИ НА КЛЕТКАТА С ВЪНШНАТА СРЕДА. ЕКЗОЦИТОЗА И ЕНДОЦИТОЗА: ВИДОВЕ И МЕХАНИЗМИ.
Гликокаликсът (повърхностният слой на животинските клетки) изпълнява главно функцията на пряка връзка на животинските клетки с външната среда, с всички вещества, които го заобикалят.
Плазмената мембрана образува бариера, която отделя вътрешното съдържание на клетката от външната среда.
На повърхността на микровилите се извършва интензивно смилане и усвояване на смляната храна.
1) Ендоцитоза - транспорт на макромолекули, техните комплекси и частици в клетката. По време на ендоцитозата определен участък от плазмената мембрана улавя, така да се каже, обгръща извънклетъчния материал, затваряйки го в мембранна вакуола, която е възникнала поради мембранна инвагинация. В бъдеще такава вакуола, свързваща се с лизозома, чиито ензими разграждат макромолекулите до мономери.
Ендоцитозата се разделя на фагоцитоза (улавяне и абсорбция на твърди частици) и пиноцитоза (абсорбция на течност). Чрез ендоцитозата се осъществява храненето на хетеротрофните протисти, защитните реакции на организмите (левкоцитите абсорбират чужди частици) и др.
2) Екзоцитоза (exo - out), благодарение на нея клетката премахва вътреклетъчните продукти или несмлени остатъци, затворени във вакуоли или везикули. Везикулата се приближава до цитоплазмената мембрана, слива се с нея и съдържанието й се освобождава в околната среда. Така храносмилателните ензими, хормоните, хемицелулозата и др.
Контурите на клетката, дори на светлинно-оптично ниво, не изглеждат равни и гладки, а електронната микроскопия направи възможно откриването и описанието на различни структури в клетката, които отразяват естеството на нейната функционална специализация. Има следните структури:
1. Микровласинки -изпъкналост на цитоплазмата, покрита с плазмолема. Цитоскелетът на микровилуса се формира от сноп актинови микрофиламенти, които са вплетени в крайната мрежа на апикалната част на клетките (фиг. 5). Единични микровили не се виждат на оптично ниво. При наличието на значителен брой от тях (до 2000-3000), в апикалната част на клетката, дори при светлинна микроскопия, се разграничава "четкова граница".
2. Мигли -са разположени в апикалната зона на клетката и имат две части (фиг. 6): а) външна - аксонема
б) вътрешно - бесално тяло
аксонемасе състои от комплекс от микротубули (9 + 1 двойки) и свързани протеини. Микротубулите се образуват от протеина тубулин, а дръжките се образуват от протеина динеин - тези протеини заедно образуват хемомеханичния трансдюсер тубулин-динеин.
Базално тялосе състои от 9 триплета микротубули, разположени в основата на ресничките и служи като матрица за организацията на аксонема.
3. Базален лабиринтса дълбоки инвагинации на базалната плазмалема с митохондрии, разположени между тях. Това е механизъм на активна абсорбция на вода, както и на йони срещу концентрационен градиент.
1. Транспорт съединения с ниско молекулно теглоизвършва по три начина:
1. Проста дифузия
2. Улеснена дифузия
активен транспорт
проста дифузия- нискомолекулни хидрофобни органични съединения (мастни киселини, урея) и неутрални молекули (HO, CO, O). С увеличаване на разликата в концентрацията между отделенията, разделени от мембрана, скоростта на дифузия също се увеличава.
Улеснена дифузия- веществото също преминава през мембраната по посока на концентрационния градиент, но с помощта на транспортен протеин - транслокации.Това са интегрални протеини със специфичност за веществата, които носят. Това са например анионни канали (еритроцит), К канали (плазмолема на възбудени клетки) и Са канали (саркоплазмен ретикулум). Транслоказеза HO, това е аквапорин.
Транслоказен механизъм на действие:
1. Наличието на отворен хидрофилен канал за вещества с определен размер и заряд.
2. Каналът се отваря само когато специфичен лиганд е свързан.
3. Няма канал като такъв, а самата транслоказна молекула, след като е свързала лиганда, се върти на 180 в равнината на мембраната.
активен транспорте транспорт, използващ същия транспортен протеин (транслокации),но срещу концентрационния градиент. Това движение изисква енергия.
2. Транспорт на високомолекулни съединения през мембрани
Преходът на частиците през плазмалемата винаги се случва в състава мембранен везикул: 1. Ендоцитоза: А. пиноцитоза б. фагоцитоза c. рецептор-медиирана ендоцитоза.
Екзоцитоза:А. секреция b. екскреция, c. Рекреацията е пренасянето на твърди вещества през клетката, тук се комбинират фагоцитоза и екскреция.
Метаболизъме най-важното свойство на живите организми. Съвкупността от метаболитни реакции, протичащи в организма, се нарича метаболизъм. Метаболизмът се състои от реакции асимилация(пластичен метаболизъм, анаболизъм) и реакции дисимилация(енергиен метаболизъм, катаболизъм). Асимилацията е набор от реакции на биосинтеза, протичащи в клетката, дисимилацията е набор от реакции на разлагане и окисление на високомолекулни вещества, които протичат с освобождаването на енергия. Тези групи реакции са взаимосвързани: реакциите на биосинтеза са невъзможни без енергия, която се освобождава в реакциите на енергийния метаболизъм, реакциите на дисимилация не протичат без ензими, образувани в реакциите на пластичен обмен.
Според вида на метаболизма организмите се делят на две групи: автотрофи и хетеротрофи. Автотрофи- организми, способни да синтезират органични вещества от неорганични вещества и да използват за този синтез или слънчева енергия, или енергията, освободена при окисляването на неорганични вещества. ХетеротрофиОрганизми, които използват за живота си органични вещества, синтезирани от други организми. Автотрофите използват неорганични вещества (CO2) като източник на въглерод, докато хетеротрофите използват екзогенни органични вещества. Източници на енергия: автотрофи - енергията на слънчевата светлина ( фотоавтотрофи) или енергията, отделена по време на окисляването на неорганични съединения ( хемоавтотрофи), в хетеротрофите - енергията на окисление на органични вещества ( хемохетеротрофи).
Повечето живи организми са или фотоавтотрофи (растения), или хемохетеротрофи (гъби, животни). Ако организмите, в зависимост от условията, се държат като авто- или като хетеротрофи, тогава те се наричат миксотрофи(зелена еуглена).
Биосинтеза на протеини
Биосинтезата на протеин е най-важният процес на анаболизма. Всички признаци, свойства и функции на клетките и организмите в крайна сметка се определят от протеините. Протеините са краткотрайни, времето на тяхното съществуване е ограничено. Във всяка клетка непрекъснато се синтезират хиляди различни протеинови молекули. В началото на 50-те години. 20-ти век Ф. Крик формулира централната догма на молекулярната биология: ДНК → РНК → протеин. Според тази догма способността на клетката да синтезира определени протеини се фиксира наследствено, информацията за последователността на аминокиселините в протеиновата молекула е кодирана под формата на нуклеотидна последователност на ДНК. Участъкът от ДНК, който носи информация за първичната структура на определен протеин, се нарича геном. Гените не само съхраняват информация за последователността на аминокиселините в полипептидната верига, но също така кодират определени видове РНК: рРНК, които са част от рибозомите, и тРНК, отговорни за транспорта на аминокиселини. Има два основни етапа в процеса на биосинтеза на протеини: транскрипция- Синтез на РНК върху матрицата на ДНК (ген) - и излъчване- синтез на полипептидната верига.
Генетичният код и неговите свойства
Генетичен код- система за запис на информация за последователността на аминокиселините в полипептид чрез последователност от нуклеотиди в ДНК или РНК. В момента тази система за запис се счита за дешифрирана.
Свойства на генетичния код:
- триплет: всяка аминокиселина е кодирана от комбинация от три нуклеотида (триплет, кодон);
- уникалност (специфичност): триплетът отговаря само на една аминокиселина;
- дегенерация (излишък): аминокиселините могат да бъдат кодирани от няколко (до шест) кодона;
- универсалност: системата за кодиране на аминокиселините е еднаква за всички организми на Земята;
- неприпокриване: нуклеотидната последователност има рамка на четене от 3 нуклеотида, един и същи нуклеотид не може да бъде в два триплета;
- от 64 кодови триплета 61 са кодиращи, кодират аминокиселини, а 3 са безсмислени (в РНК - UAA, UGA, UAG), не кодират аминокиселини. Те се наричат терминаторни кодони, защото блокират синтеза на полипептида по време на транслацията. Освен това там иницииращ кодон(в РНК - АВГ), от който започва транслацията.
Таблица на генетичния код
Първо база | Втора база | трето база |
|||
---|---|---|---|---|---|
U(A) | C(G) | A(T) | G(C) | ||
U(A) | сешоар сешоар Лей Лей |
сер сер сер сер |
Тир Тир — — |
цис цис — Три |
U(A) C(G) A(T) G(C) |
C(G) | Лей Лей Лей Лей |
Професионалист Професионалист Професионалист Професионалист |
gis gis Gln Gln |
Арг Арг Арг Арг |
U(A) C(G) A(T) G(C) |
A(T) | ile ile ile Мет |
Тре Тре Тре Тре |
Asn Asn Лиз Лиз |
сер сер Арг Арг |
U(A) C(G) A(T) G(C) |
G(C) | Вал Вал Вал Вал |
Ала Ала Ала Ала |
Asp Asp Glu Glu |
гли гли гли гли |
U(A) C(G) A(T) G(C) |
* Първият нуклеотид в триплета е един от четирите леви вертикални реда, вторият е един от горния хоризонтален ред, третият е от десния вертикален ред.
Реакции на матричен синтез
Това е специална категория химични реакции, които протичат в клетките на живите организми. По време на тези реакции синтезът на полимерни молекули протича според плана, заложен в структурата на други полимерни молекули-матрици. На една матрица могат да се синтезират неограничен брой копирани молекули. Тази категория реакции включва репликация, транскрипция, транслация и обратна транскрипция.
ген- част от ДНК молекула, кодираща първичната аминокиселинна последователност в полипептид или нуклеотидна последователност в молекули на транспортна и рибозомна РНК. ДНК на една хромозома може да съдържа няколко хиляди гени, които са подредени в линеен ред. Местоположението на ген в определена област на хромозомата се нарича локус. Структурните особености на еукариотния ген са: 1) наличието на достатъчно голям брой регулаторни блокове, 2) мозайка (редуване на кодиращи области с некодиращи). Екзони(E) — генни региони, носещи информация за структурата на полипептида. интрони(I) - генни региони, които не носят информация за структурата на полипептида. Броят на екзоните и интроните на различните гени е различен; екзоните се редуват с интрони, общата дължина на последните може да надвишава дължината на екзоните два или повече пъти. Преди първия екзон и след последния екзон има нуклеотидни последователности, наречени съответно водеща (LP) и трейлър последователност (TP). Водещи и крайни последователности, екзони и интрони образуват единицата на транскрипция. промоутър(P) - областта на гена, към която е прикрепен ензимът РНК полимераза, е специална комбинация от нуклеотиди. Преди транскрипционната единица, след нея, понякога в интроните има регулаторни елементи (RE), които включват подобрителиИ заглушители. Подобрителите ускоряват транскрипцията, докато заглушителите я забавят.
Транскрипцията е синтеза на РНК върху ДНК шаблон. Осъществява се от ензима РНК полимераза.
РНК полимеразата може да се прикрепи само към промотора, разположен в 3" края на ДНК шаблонната верига и да се движи само от 3" до 5" края на тази ДНК шаблонна верига. Синтезът на РНК се извършва на една от двете ДНК вериги в съответствие с принципите на комплементарност и антипаралелизъм Строителният материал и източник на енергия за транскрипцията са рибонуклеозид трифосфатите (ATP, UTP, GTP, CTP).
В резултат на транскрипцията се образува "незряла" иРНК (про-иРНК), която преминава през етапа на узряване или обработка. Обработката включва: 1) затваряне на 5' края, 2) полиаденилиране на 3' края (прикрепване на няколко десетки аденилови нуклеотиди), 3) сплайсинг (изрязване на интрони и свързване на екзони). В зряла иРНК са изолирани CEP, транслирана област (екзони, зашити в едно цяло), нетранслирани региони (UTR) и полиаденилна „опашка“.
Областта, която трябва да бъде транслирана, започва с иницииращ кодон и завършва с терминаторен кодон. NTR съдържат информация, която определя поведението на РНК в клетката: терминът "живот", активност, локализация.
Транскрипцията и обработката се извършват в клетъчното ядро. Зрялата иРНК придобива определена пространствена конформация, заобиколена е от протеини и в тази форма се транспортира през ядрените пори до рибозомите; Еукариотните иРНК обикновено са моноцистронни (кодиращи само една полипептидна верига).
Излъчване
Транслацията е синтез на полипептидна верига върху иРНК матрица.
Органелите, отговорни за транслацията, са рибозоми. При еукариотите рибозомите се намират в някои органели - митохондрии и пластиди (70S-рибозоми), в свободна форма в цитоплазмата (80S-рибозоми) и върху мембраните на ендоплазмения ретикулум (80S-рибозоми). По този начин синтезът на протеинови молекули може да се случи в цитоплазмата, върху грапавия ендоплазмен ретикулум, в митохондриите и пластидите. В цитоплазмата се синтезират протеини за собствени нужди на клетката; протеините, синтезирани в ER, се транспортират през неговите канали до комплекса на Голджи и се екскретират от клетката. Рибозомата е разделена на малки и големи субединици. Малката субединица на рибозомата е отговорна за генетичните декодиращи функции; големи - за биохимични, ензимни.
Малката субединица на рибозомата съдържа функционален център(FTSR) с два сайта - пептидил(P-сайт) и аминоацил(А-секция). Може да има шест иРНК нуклеотида в PCR, три в пептидилните и три в аминоацилните области.
За транспортирането на аминокиселини до рибозомите се използват трансферни РНК, тРНК (лекция № 4). Дължината на tRNA е от 75 до 95 нуклеотидни остатъка. Имат третична структура, с форма на лист детелина. В тРНК има антикодонна верига и акцепторно място. В антикодоновата верига на РНК има антикодон, който е комплементарен на кодовия триплет на определена аминокиселина, а акцепторното място в 3" края е в състояние да прикрепи точно тази аминокиселина с помощта на ензима аминоацил-тРНК синтетаза (с консумация на АТФ).Така всяка аминокиселина има своя собствена tRNA и техните ензими, които прикрепят аминокиселина към tRNA.
Двадесет вида аминокиселини са кодирани от 61 кодона, теоретично може да има 61 вида тРНК със съответните антикодони. Но има само 20 вида кодирани аминокиселини, което означава, че една аминокиселина може да има няколко тРНК. Установено е съществуването на няколко тРНК, способни да се свързват с един и същи кодон (последният нуклеотид в антикодона на тРНК не винаги е важен), така че в клетката са открити само около 40 различни тРНК.
Синтезът на протеин започва от момента, в който малка субединица на рибозомата е прикрепена към 5 "края на иРНК, в Р-мястото на което влиза метионинова тРНК (транспортираща аминокиселината метионин). Трябва да се отбележи, че всеки полипептид веригата на N-края първо има метионин, който при синтеза на полипептида преминава от N-края към С-края, т.е. пептидната връзка се образува между карбоксилната група на първия и аминогрупата на втора аминокиселина.
След това голямата субединица на рибозомата се прикрепя и втора тРНК навлиза в А мястото, чийто антикодон се сдвоява комплементарно с иРНК кодона, разположен в А мястото.
Пептидил трансферазният център на голямата субединица катализира образуването на пептидна връзка между метионина и втората аминокиселина. Няма нито един ензим, катализиращ образуването на пептидни връзки. Енергията за образуване на пептидна връзка се доставя от хидролизата на GTP.
Веднага щом се образува пептидната връзка, метиониновата тРНК се отделя от метионина и рибозомата се придвижва към следващия кодов триплет на иРНК, който се появява в А-мястото на рибозомата, и метиониновата тРНК се изтласква в цитоплазмата. Един цикъл изразходва 2 GTP молекули. Трета тРНК навлиза в А мястото и се образува пептидна връзка между втората и третата аминокиселини.
Транслацията продължава, докато терминаторен кодон (UAA, UAG или UGA) навлезе в А мястото, към което се свързва специфичен фактор на освобождаване на протеин. Полипептидната верига се отделя от тРНК и напуска рибозомата. Има дисоциация, отделяне на субединиците на рибозомата.
Скоростта на движение на рибозомата по иРНК е 5-6 триплета в секунда; клетката отнема няколко минути, за да синтезира протеинова молекула, състояща се от стотици аминокиселинни остатъци. Първият протеин, синтезиран изкуствено, беше инсулинът, състоящ се от 51 аминокиселинни остатъка. Отне 5000 операции, 10 души участваха в работата в продължение на три години.
При транслацията могат да се разграничат три етапа: а) инициация (образуване на инициаторен комплекс), б) удължаване (директно "конвейер", свързване на аминокиселини една с друга), в) терминация (образуване на терминиращ комплекс).
„Механизмите“ за сглобяване на полинуклеотидни и полипептидни вериги при прокариотите и еукариотите не се различават. Но поради факта, че гените на прокариотите нямат екзони и интрони (изключение правят гените на архебактериите), те са разположени в групи и тази група гени има един промотор, следните характеристики на транскрипцията и транслацията в прокариотите се появи.
- В резултат на транскрипцията се образува полицистронна иРНК, кодираща няколко протеина, които заедно осигуряват определена група реакции.
- иРНК има няколко центъра за иницииране на транслацията, завършване на транслацията и NTR.
- CEP, полиаденилиране и mRNA сплайсинг не се случват.
- Преводът започва преди транскрипцията да е завършена; тези процеси не са разделени във времето и пространството, както е при еукариотите.
1 - ДНК; 2 - РНК полимераза; 3 - Нуклеозидни трифосфати GTP, CTP, ATP, UTP.
Може да се добави, че "продължителността на живота" на прокариотните иРНК е няколко минути (за еукариотите е часове и дори дни).
Отидете на лекции №9Структурата на прокариотната клетка. вируси»
Отидете на лекции №11Концепцията за метаболизма. Биосинтеза на протеини"
С появата на отделения еукариотната клетка получава не само очевидни предимства, но и редица проблеми. Един от тях е сортирането и доставянето на правилните съединения до правилните органели. На първо място, това се отнася за протеините. Съдбата на синтезираните протеини е различна и зависи от местата на последващото им функциониране. Има два основни пътя на протеинов транспорт, които започват на различни места в цитоплазмата. Ориз. 1.2.
Първият транспортен клон работи с протеини, които са предназначени за пластидите, митохондриите, ядрото и пероксизомите - тоест за всички клетъчни отделения, с изключение на органелите на ендомембранната система. Синтезът на тези протеини се извършва върху свободните рибозоми на цитозола. Протеините, предназначени за транспорт, съдържат сортиращи сигнали, насочващи ги към съответните органели. Такива сигнали обикновено са една или повече области на протеина, които се наричат сигнални или водещи пептиди. Мембраната на органелата съдържа специален протеин транслокатор, който "разпознава" сигналния пептид. Молекулата на транспортирания протеин трябва да се разгъне, за да „премине“ през „игленото ухо“ на протеина транслокатор като нишка от разгъната топка. Таблица 1.1. представени са някои характеристики на различни сортиращи сигнали. Този път на протеинов транспорт понякога се нарича цитозолен. Трябва да се отбележи, че повечето протеини, синтезирани върху свободни цитозолни рибозоми, нямат сигнали за сортиране и остават в цитозола като постоянни компоненти.
Другият транспортен клон се използва за секретирани протеини, както и за протеини, предназначени за органелите на ендомембранната система и плазмената мембрана. Синтезът на тези протеини също започва върху рибозомите на цитозола, но след започване на транслацията, рибозомите се прикрепват към ER мембраната и се образува груб ER. Получените протеини се транслират съвместно в ER. Това означава, че веднага след синтеза на следващия сегмент от полипептидната верига, той преминава през ER мембраната. След синтез някои от протеините навлизат в ER лумена, докато други остават фиксирани в мембраната и се превръщат в ER трансмембранни протеини. Този транспортен клон често се нарича секреторен пътклетки.
Таблица 1.1. Сигнални последователности за протеинов транспорт в растителни клетки.
Целеви органели | Последователност на сигнала | Характеристика |
Хлоропласти: строма | N-краен водещ пептид ("стромален") | Последователност от 40-50 аминокиселини |
Хлоропласти: лумен и тилакоидни мембрани | Два последователни N-терминални водещи пептида | Първият пептид е "стромален", вторият е "луменален" |
Митохондрии: матрицата | N-терминална предпоследователност | Образува положително заредена амфипатична α-примка. |
Митохондрии: вътрешна мембрана, междумембранно пространство | Две последователни N-терминални препоследователности | Първата предпоследователност - както при матричните протеини, втората се състои от хидрофобни аминокиселинни остатъци |
Пероксизоми | Сигнали за пероксизомна локализация PTS1 и PTS2 | PTS1 - С-терминален трипептид - Ser-Lys-Leu PTS2 е локализиран в N-края. |
Ядро | NLS сигнали за ядрена локализация. Не се отцепва след прехвърляне на протеин към ядрото | Тип 1 NLS: Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys. Тип 2 NLS: две последователности, разделени от тип 3 NLS спейсер: Lys-Ile-Pro-Ile-Lys |
Сигнален пептид на секреторния път | N-краен водещ пептид | 10-15 хидрофобни аминокиселинни остатъци, образуващи α-спирала. |
Ендоплазмения ретикулум | ER сигнал за локализация | С-терминален тетрапептид KDEL (Lys-Asp-Glu-Leu) |
Вакуола. | Сигнали за локализиране на вакуоли NTPP, CTPP, интрапротеинов сигнал. | NTPP - N-терминален сигнал: Asn-Pro-lle-Arg CTPP - C-терминален сигнал. |
Двата клона на транспорта се различават по схемата на транспортиране. Пътищата на цитозолния транспорт на протеини са успоредни, т.е. протеините от цитозола незабавно се изпращат до желаната органела. Обикновено от момента на освобождаване на протеина в цитозола до навлизането му в органелата минават не повече от една-две минути.
Транспортирането на протеини по секреторния път се извършва последователно - от органела до органела. Преди да достигне крайната дестинация, протеинът може да посети няколко органела (ER, различни части на AG). Пътуването от спешната мембрана до дестинацията може да отнеме десетки, ако не и стотици минути. В процеса на прехвърляне протеините могат да претърпят значителни модификации (предимно в AG). В крайните етапи транспортът може да се осъществи паралелно - във вакуолата, периплазменото пространство или в плазмалемата.
И накрая, двата пътя на протеинов транспорт се различават по механизма, по който се транспортират молекулите. За цитозолния път е възможен само мономолекулен механизъм на протеинов транспорт, при който всяка протеинова молекула поотделно преминава през мембраната през съответния транслокатор. Секреторният път се характеризира с везикуларен механизъм на транспорт на протеинови молекули, който се медиира от транспортни везикули (везикули). Везикулите се завързват от едно отделение и определени молекули се улавят от неговата кухина. След това везикулите се сливат с друго отделение, доставяйки съдържанието си в него. По време на везикуларен транспорт протеините не преминават никакви мембрани; транспортът може да се осъществи само между топологично еквивалентни отделения. Механизмът на везикуларния транспорт се контролира селективно от специални протеини, които действат като сортиращи сигнали. Протеин навлиза в транспортната везикула, ако неговият сортиращ сигнал се свърже с рецептор на мембраната на везикула. Понастоящем са известни някои сортиращи сигнали в протеините, докато повечето от техните комплементарни мембранни рецептори не са.
1.2. Растителната клетка е резултат от двойна симбиоза.
Стратегията за съществуване на висшите растения се дължи преди всичко на двете им основни свойства - фототрофния тип хранене и липсата на активна подвижност. Тези две свойства оставят своя отпечатък върху всички нива на организация на растителния организъм, до клетъчно ниво.
В допълнение към характеристиките, общи за всички еукариотни клетки, растителните клетки имат редица характеристики. Основните са:
наличието на пластиди; наличието на вакуоли; имащи твърда клетъчна стена.
Структурната диаграма на типична растителна клетка е показана на фиг. 1.3.
Наличието на пластиди се свързва предимно с фототрофния тип хранене на растенията. Пластидите, подобно на митохондриите, имат свой собствен геном. Така друга характеристика на растителната клетка е, че тя съчетава три относително автономни генетични системи: ядрена (хромозомна), митохондриална и пластидна. Наличието на три генома е следствие от симбиотичния произход на растителните клетки. В същото време растителната клетка, за разлика от други еукариотни клетки, се формира от най-малко три първоначално независими форми:
1) организмът "гостоприемник", чийто генетичен апарат се е преместил в ядрото;
2) хетеротрофна бактерия (подобна на родоспирила), която служи като предшественик на митохондриите;
3) древна бактерия с кислородна фотосинтеза (подобна на cyanobacterium synechocystis), която стана прародител на пластидите.
Дългата коеволюция на симбионтите е довела до преразпределение на функциите между тях и техните генетични системи, като много гени на митохондриална и пластидна ДНК са прехвърлени в ядрото.
Няма съмнение, че специфичната информация, необходима за биосинтеза на протеини, по някакъв начин се съдържа в структурата на дезоксирибонуклеиновите киселини на хромозомите.
Тази гледна точка е напълно потвърдена от многобройни наблюдения върху връзката на менделските гени с определени протеинови молекули. Както видяхме, най-преките доказателства за неговата валидност идват от онези случаи, когато генетичните данни могат да бъдат сравнени с физичните и химичните свойства на изолирани хомогенни протеини, като хемоглобин, тирозиназа и β-лактоглобулин. Не по-малко убедителни са резултатите, получени от бактериолози и вирусолози, които показват, че добре пречистените ДНК препарати могат да предизвикат промяна както в генотипа, така и в фенотипа на реципиентните клетки или образуването на относително сложен протеинов комплекс, характерен за фаговите частици.
Ясно е обаче, че протеиновият синтез е възможен и извън ядрото. В ретикулоцита, например, синтезът на хемоглобин протича с висока скорост и спира едва след като клетката се превърне в зрял еритроцит. Същото се наблюдава и при морските водорасли Acetabularia mediterranea. Клетката му може да бъде разделена на две части: съдържаща ядро и неядрена. Безядрен фрагмент синтезира протеин за известно време дори с по-висока скорост от непокътната клетка, но скоро този синтез спира. Тъй като биосинтезата на химически дефиниран протеин, дори толкова специфичен като хемоглобина, може да продължи в отсъствието на ядро, нашият фокус е върху механизма, чрез който необходимата информация се прехвърля в цитоплазмата на клетката и, очевидно, временно се съхранява в него.
Биосинтезата на протеини е едно от онези биологични явления, които до голяма степен зависят от структурната организация на клетката. Дори ако синтезът продължи в отсъствието на ядро, това е само временно (въпреки че спирането на синтеза вероятно е причинено от дефицит на някакъв метаболитен фактор, който е само косвено свързан със синтеза на протеин като такъв). Поради тази зависимост на протеиновия синтез от целостта на структурата, най-новите изследвания на естеството на субмикроскопичните структури на клетката може би са предоставили най-важната информация за по-ясно разбиране на естеството на механизма на биосинтезата. Въпреки факта, че тези изследвания се занимават главно със статичната морфология, въз основа на техните резултати се създава представа за клетката като високо организирана система, която се състои от взаимосвързани метаболитни единици и която трябва да съответства на всички изключителни открития, направени от ензимолозите и генетици.
Два сравнително нови метода, електронна микроскопия на ултратънки срезове и диференциално центрофугиране на клетъчни компоненти в разтвор на захароза, изиграха особено важна роля в процеса на изучаване на клетъчната архитектура.
Методът на диференциалното центрофугиране дава възможност да се изолират повече или по-малко хомогенни проби от митохондрии, микрозоми, ядра и други клетъчни включвания и позволява да се изследва относителната способност на тези отделни фракции да включват белязани прекурсори в нуклеинови киселини и протеини. Ще обсъдим тези наблюдения по-долу, но сега ще се обърнем първо към някои резултати, получени чрез електронна микроскопия, показващи местоположението на тези функционални компоненти на непокътната клетка.
Представена е електронна микроснимка на панкреас на морско свинче, получена от Palad. Точните наблюдения и измервания на много такива снимки позволиха да се установи наличието в цитоплазмата на мембрани, подредени под формата на концентрични кръгове и с дебелина около 40 A. Тези мембрани, които се наричат по различен начин - ергастоплазма или просто вътреклетъчни цитоплазмени мембрани - са осеяни с малки гранули, слабо пропускливи за електрони. Това са същите гранули, които могат да бъдат изолирани от тъканния хомогенат по време на диференциално центрофугиране като отделна фракция (те обикновено са прикрепени към фрагменти от счупени мембрани). Sjostrand и Hanzon съобщават, че в техните експерименти мембраните с гранули винаги са били разположени така, че страната с гранули да е обърната към митохондриите, клетъчната стена или други мембрани, а гладката повърхност на мембраната е обърната към ядрото. Правилността на тези наблюдения беше потвърдена и от редица други изследователи. Тази подредба е съвместима със схемата. Тук ендоплазменият ретикулум е изобразен не като много отделни мембрани, а като структура, подобна на смачканата обвивка на топка, обграждаща ядрото. В този случай гранулите могат да имат ориентацията, наблюдавана от Sjostrand и Hanzon, и клетката е разделена на две основни части: едната съдържа ядрото, а другата съдържа митохондриите заедно с цитоплазмената течност, в която са потопени. Такава структура създава голяма повърхност в клетката, необходима за метаболитната активност, и може да служи като естествена граница между "генетичната" част на клетката и нейния синтетичен апарат.
Трябва да се подчертае, че схемата е само един от няколко възможни варианта, приемливи за цитолозите. Тази диаграма е представена тук само за да покаже на читателя колко детайлно е изследвана субмикроскопичната структура на клетката. Единодушието, което демонстрират специалистите при тълкуването на получените от тях картини, е по-голямо, отколкото може да се очаква във всяка бързо напредваща област на науката; изключително ценно е, че най-големите различия в мненията между цитолозите се отнасят до относително незначителни въпроси.
По време на тъканната хомогенизация ендоплазменият ретикулум се разрушава. Резултатите от последните проучвания ясно показват, че така наречената микрозомална фракция се състои главно от гранули, към които все още са прикрепени фрагменти от мрежата. Когато микрозомните препарати се третират с вещества, които разрушават липопротеините, като деоксихолат, е възможно да се изолират частици, съдържащи по-голямата част от РНК на оригиналния препарат и само малка част (около 1/6) от първоначалното протеиново съдържание. Въпреки това, електронната микроскопия на препарати, третирани с рибонуклеаза, която смила и разцепва РНК, разкрива само мембранна субстанция. В някои тъкани, например в яйцепровода на пиле, ергастоплазмата не е толкова крехка и дори след доста силна хомогенизация чрез центрофугиране при относително малък брой обороти е възможно да се изолират относително неповредени комплекси от мембрани с гранули. Произходът на ергастоплазмата не е установен. Наскоро беше доказано, че в чернодробните клетки на животни, хранени след дълъг период на глад, регенерацията на мембраната започва от клетъчната периферия. Тези мембрани са лишени от гранули и едва впоследствие придобиват формата, характерна за активно секретиращи клетки, т.е. те са осеяни с гранули. Предполага се, че ендоплазменият ретикулум е резултат от продължителна пиноцитоза (поглъщане на вода) и фагоцитоза (поглъщане на частици) на клетъчната повърхност. Изследванията с електронен микроскоп показват, че абсорбираните течни и твърди частици са заобиколени от слой от външната протоплазмена мембрана, която се улавя, когато хранителните вещества проникнат през повърхностния слой на клетката. Тази мембрана се превръща в продължение на ендоплазмения ретикулум.
Ако тези наблюдения се потвърдят, тогава ще трябва да признаем, че описаните процеси трябва да са свързани с интензивен обмен. Например, както наскоро беше показано от Swerdlow, Dalton и Burks, ако въвеждането на протоплазмена мембрана в клетки, способни на активна абсорбция, като макрофаги, беше дълъг процес, тогава клетките биха се състояли само от тези мембрани. В такива клетки, разбира се, са необходими активни процеси както за регенерирането на нова мембрана, така и за разрушаването на ендоплазмения ретикулум, който по време на растежа си се притиска в ядрото.
Ако намерите грешка, моля, маркирайте част от текста и щракнете Ctrl+Enter.