Немембранные органеллы

Рибосомы - элементарные аппараты синтеза белковых, полипептидных молекул - обнаруживаются во всех клетках. Рибосомы - это сложные рибонуклеопротеиды, в состав которых входят белки и молекулы РНК. Размер функционирующей рибосомы эукариотических клеток 25 х 20 х 20 нм.

Различают единичные рибосомы и комплексные рибосомы (полисомы). Рибосомы могут располагаться свободно в гиалоплазме и быть связанными с мембранами эндоплазматической сети. Свободные рибосомы образуют белки в основном на собственные нужды клетки, связанные обеспечивают синтез белков “” на экспорт”.

Микротрубочки относятся к фибриллярным компонентам белковой природы. В цитоплазме они могут образовывать временные образования (веретено деления). Микротрубочки входят в состав центриолей, а также являются основными структурными элементами ресничек и жгутиков. Они представляют собой прямые, неветвящиеся длинные полые цилиндры. Их внешний диаметр составляет около 24 нм, внутренний просвет - 15 нм, толщина сетки - 5 нм. Микротрубочки содержат белки - тубулины. Создавая внутриклеточный скелет, микротрубочки могут быть факторами ориентированного движения клетки в целом и её внутриклеточных компонентов, создавая факторы направленных потоков разных веществ.

Центриоли. Термин был предложен Т. Бовери в 1895 г. для обозначения очень мелких телец. Центриоли обычно расположенные в паре - диплосома, окружены зоной более светлой цитоплазмы, от которой отходят радиально тонкие фибриллы (центросфера). Совокупность центриолей и центросферы называют клеточным центром. Эти органеллы в делящихся клетках принимают участие в формировании веретена деления и располагаются на его полюсах. В неделящихся клетках располагаются вблизи КГ.

Основой строения центриолей являются расположенные по окружности 9 триплетов микротрубочек, образующих таким образом полый цилиндр. Его ширина около 0,2 мкм, а длина 0,3-0,5 мкм.

Кроме микротрубочек в состав центриоли входят дополнительные структуры - “”ручки”, соединяющие триплеты. Системы микротрубочек центриоли можно описать формулой: (9 х 3) + 0, подчеркивая отсутствие микротрубочек в её центральной части.

При подготовке клеток к митотическому делению происходит удвоение центриолей.

Полагают, что центриоли участвуют в индукции полимеризации тубулином при образовании микротрубочек. Перед митозом центриоль является одним из центров полимеризации микротрубочек веретена клеточного деления.

Реснички и жгутики. Это специальные органеллы движения. В основании ресничек и жгутика в цитоплазме видны мелкие гранулы - базальные тельца. Длина ресничек 5-10 мкм, жгутиков - до 150 мкм.

Ресничка представляет собой тонкий цилиндрический вырост цитоплазмы с диаметром 200 нм. Он покрыт плазматической мембраной. Внутри расположена аксонема (“осевая нить”), состоящая из микротрубочек.

Аксонема в своём составе имеет 9 дуплетов микротрубочек. Здесь систему микротрубочек реснички опмсывают (9 х 2) + 2.

Свободные клетки, имеющие реснички и жгутики, обладают способностью двигаться. Способ их движения “”скользящие нити”.

К фибриллярным компонентам цитоплазмы относятся микрофиламенты толщиной 5-7 нм и так называемые промежуточные филаменты, микрофибриллы, толщиной около 10 нм.

Микрофиламенты встречаются во всех типах клеток. По строению и функциям они бывают разные, но отличить их морфологически друг от друга трудно. Химический состав их разный. Они могут выполнять функции цитоскелета и участвовать в обеспечении движения внутри клетки.

Промежуточные филаменты тоже белковые структуры. В эпителии в их состав входит кератин. Пучки филаментов образуют тонофибриллы, которые подходят к десмосомам. Роль промежуточных микрофиламентов скорее всего опорно-каркасная.

Включения цитоплазмы. Это необязательные компоненты клетки, возникающие и исчезающие в зависимости от метаболического состояния клеток. Различают включения трофические, секреторные, экскреторные и пигментные. Трофические включения - это нейтральные жиры и гликоген. Пигментные включения могут быть экзогенные (каротин, красители, пылевые частицы и др.) и эндогенные (гемоглобин, меланин и др.). Наличие их в цитоплазме может изменять цвет ткани. Нередко пигментация ткани служит диагностическим признаком.

Ядро обеспечивает две группы общих функций: одну, связанную собственно с хранением и передачей генетической информации, другую - с её реализацией, с обеспечением синтеза белка.

В ядре происходит воспроизведение или редупликация молекул ДНК, что дает возможность при митозе двум дочерним клеткам получить совершенно одинаковые в качественном и количественном отношении объемы генетической информации.

Другой группой клеточных процессов, обеспечиваемых активностью ядра, является создание собственного аппарата белкового синтеза. Это не только синтез, транскрипция на молекулах ДНК разных информационных РНК, но и транскрипция всех видов транспортных и рибосомальных РНК.

Таким образом, ядро является не только вместилищем генетического материала, но и местом, где этот материал функционирует и воспроизводиться.

Ядро неделящейся, интерфазной клетки обычно одно на клетку. Ядро состоит из хроматина, ядрышка, кариоплазмы (нуклеоплазмы) и ядерной оболочки, отделяющей его от цитоплазмы (кариолеммы).

Кариоплазма или ядерный сок - микроскопически бесструктурное вещество ядра. Он содержит различные белки (нуклеопротеиды, гликопротеиды), ферменты и соединения, участвующие в процессах синтеза нуклеиновых кислот, белков и др. веществ, входящих в состав кариоплазмы. Электронно - микроскопически в ядерном соке выявляют рибонуклеопротеидные гранулы 15 нм в диаметре.

В ядерном соке выявлены также гликолитические ферменты, участвующие в синтезе и расщеплении свободных нуклеотидов и их компонентов, энзимы белкового и аминокислотного обмена. Сложные процессы жизнедеятельности ядра обеспечиваются энергией, освобождающейся в процессе гликолиза, ферменты которого содержатся в ядерном соке.

Хроматин. В состав хроматина входит ДНК в комплексе с белком. Такими же свойствами обладают и хромосомы, которые отчетливо видны во время митотического деления клеток. Хроматин интерфазных ядер представляет собой хромосомы, которые теряют в это время свою компактную форму, разрыхляются, деконденсируются. Зоны полной деконденсации называются эухроматином; неполного разрыхления хромосом - гетерохроматином. Максимально конденсирован хроматин во время митотического деления клеток, когда он обнаруживается в виде плотных хромосом.

Ядрышко. Это одно или несколько округлой формы тельца величиной 1-5 мкм, сильно преломляющих свет. Его ещё называют нуклеолой. Ядрышко - самая плотная структура ядра - является производным хромосомы.

В настоящее время известно, что ядрышко - это место образования рибосомальных РНК и полипептидных цепей в цитоплазме.

Ядрышко неоднородно по своему строению: в световом микроскопе можно видеть его тонковолокнистую организацию. В электронном микроскопе выделяют два основных компонента: гранулярный и фибриллярный. Фибриллярный компонент - это рибонуклеопротеидные тяжи предшественников рибосом, гранулы - созревающие субъединицы рибосом.

Ядерная оболочка состоит из внешней ядерной мембраны и внутренней мембраны оболочки, разделенных перинуклеарным пространством. Ядерная оболочка содержит ядерные поры. Мембраны ядерной оболочки в морфологическом отношении не отличаются от остальных внутриклеточных мембран.

Поры имеют диаметр около 80-90 нм. Поперёк поры имеется диафрагма. Размеры пор у данной клетки обычно стабильны. Число пор зависит от метаболической активности клеток: чем интенсивнее синтетические процессы в клетках, тем больше пор на единицу поверхности клеточного ядра.

Хромосомы. Как интерфазные, так и митотические хромосомы состоят из элементарных хромосомных фибрилл - молекул ДНК.

Морфологию митотических хромосом лучше всего изучать в момент их наибольшей конденсации, в метафазе и в начале анафазы. Хромосомы в этом состоянии представляют собой палочковидные структуры разной длины и довольно постоянной толщины. У большинства хромосом удается легко найти зону первичной перетяжки (центромеры), которая делит хромосому на два плеча. Хромосомы с равными или почти равными плечами называют метацентрическими, с плечами неодинаковой длины - субметацентрическими. Палочковидные хромосомы с очень коротким, почти незаметным вторым плечом называют акроцентрическими. В области первичной перетяжки расположен кинетохор. От этой зоны во время митоза отходят микротрубочки клеточного веретена. Некоторые хромосомы имеют, кроме того, вторичные перетяжки, располагающиеся вблизи одного из концов хромосомы и отделяющие маленький участок - спутник хромосом. В этих местах локализована ДНК, ответственная за синтез рибосомальных РНК.

Совокупность числа, размеров и особенностей строения хромосом называют кариотипом данного вида. Кариотип крупного рогатого скота - 60, лошади - 66, свиньи - 40, овцы - 54, человека - 46.

Время существования клетки как таковой, от деления до деления или от деления до смерти называют клеточным циклом (рис.2).

Весь клеточный цикл состоит из 4 отрезков времени: собственно митоза, предсинтетического, синтетического и постсинтетического периодов интерфазы. В период G1 начинается рост клеток за счет накопления клеточных белков, что определяется увеличением количества РНК на клетку. В S - периоде происходит удвоение количества ДНК на ядро и соответственно удваивается число хромосом. Здесь уровень синтеза РНК возрастает соответственно увеличению количества ДНК, достигая своего максимума в G2-периоде. В G2-периоде происходит синтез информационной РНК, необходимой для прохождения митоза. Среди синтезирующихся в это время белков особое место занимают тубулины - белки митотического веретена.

Рис. 2. Жизненный цикл клетки:

М – митоз; G1 - предсинтетический период; S — синтетический период; G2 — постсинтетический период; 1 - старая клетка (2n4c); 2- молодые клетки (2n2c)

Преемственность хромосомного набора обеспечивается клеточным делением, которое называется митозом. Во время этого процесса происходит полная перестройка ядра. Митоз состоит из последовательного ряда стадий, сменяющихся в определенном порядке: профазы, метафазы, анафазы и телофазы. В процессе митоза ядро соматической клетки делится таким образом, что каждая из двух дочерних клеток получает точно такой же набор хромосом, какой имела материнская.

Способность клеток к воспроизведению - важнейшее свойство живой материи. Благодаря этой способности обеспечивается непрерывная преемственность клеточных поколений, сохранение клеточной организации в эволюции живого, совершается рост и регенерация.

По разным причинам (нарушение веретена деления, нерасхождение хроматид и др.) во многих органах и тканях встречаются клетки с крупными ядрами или многоядерные клетки. Это результат соматической полиплоидии. Такое явление называется эндорепродукцией. Чаще полиплоидия встречается у беспозвоночных животных. У некоторых из них распространено и явление политении - построение хромосомы из многих молекул ДНК.

Полиплоидные и политенные клетки не вступают в митоз и могут делиться только амитозом. Смысл данного явления в том, что как полиплоидия - увеличение количества хромосом, так и политения - увеличение количества молекул ДНК в хромосоме приводят к значительному усилению функциональной активности клетки.

Кроме митоза науке известны ешё два типа деления - амитоз (а - без, митоз - нити) или прямое деление и мейоз, который представляет собой процесс уменьшения числа хромосом вдвое путём двух клеточных делений - первого и второго деления мейоза (мейозис - уменьшение). Мейоз характерен для половых клеток.