Молекулярная биология клетки Глава 2

21

ПРАКТИЧЕСКИЕ НАВЫКИ

I. МИКРОПРЕПАРАТЫ. КЛЕТОЧНЫЕ ОРГАНЕЛЛЫ И ВКЛЮЧЕНИЯ ЖИВОТНОЙ КЛЕТКИ

1. Гранулярная эндоплазматическая сеть в перикарионе двигательных нейронов

Глыбки (скопления) рибосом в перикарионе (теле) нервной клетки впервые обнаружил Франц Ниссль при окраске метиленовым синим, поэтому в нейронах скопления рибосом иногда называют веществом Ниссля (хроматофильным веществом) (рис. 2-8).

Рис. 2-8. Вещество Ниссля. Многочисленные глыбки (скопления) рибосом в теле клетки свидетельствуют о развитой гранулярной эндоплазматическая сети в двигательных нейронах. Слева — схема [из Voss H., 1957]. Справа — микропрепарат.

2. Комплекс Гольджи в чувствительном нейроне

Тела нейронов имеют округлую форму (рис. 2-9). Местами можно видеть толстый отросток, который на некотором расстоянии от перикариона Т-образно разветвляется на центральную и периферическую ветви. Отметить ядро с ядрышком нейрона, начальный отдел отростка, нейроплазму, элементы комплекса Гольджи.

22

Рис. 2-9. Чувствительный нейрон. Слева — импрегнация нитратом серебра. Сферической формы тело клетки (перикарион) содержит крупное ядро. Вокруг ядра находится чёрного цвета ретикулярная сеть комплекса Гольджи [из Golgi C., 1898]. Справа — микропрепарат.

3. Миофибриллы скелетного мышечного волокна

Структурно-функциональная единица скелетной мышцы — скелетное мышечное волокно, имеет форму протяжённого цилиндра с заострёнными концами (рис. 2-10, 2-11). Этот многоядерный поперечнополосатый цилиндр достигает в длину 40 мм при диаметре до 0,1 мм. Миофибриллы, выполняющие сократительную функцию, занимают основной объём этого цилиндра. Поперечная исчерченность скелетного мышечного волокна определяется регулярным чередованием в миофибриллах различно преломляющихполяризованный свет участков (дисков) — изотропных и анизотропных: светлые (Isotropic, I-диски) и тёмные (Anisotropic, А-диски) диски. Разное светопреломление дисков определяется упорядоченным расположением по длине миофибриллы тонких актиновых и толстых миозиновых нитей; толстые нити находятся только в тёмных дисках, светлые диски не содержат толстых нитей. Каждый светлый диск пересекает Z-линия. Участок миофибриллы между соседними Z-линиями определяют как саркомер.

4.Митохондрии скелетного мышечного волокна

Всаркоплазмы мышечного волокна междумиофибриллами локализуются вытянутые ветвящиеся митохондрии (рис. 2-12). Фермент сукцинат дегидрогеназа (СДГ) — один из ферментов цикла трикарбоновых кислот. Цикл протекает в матриксе митохондрий и представляет собой цепь последовательных реакций, основная роль которых заключается в генерации атомов водорода для работы дыхательной цепи. СДГ

23

Рис. 2-10. Фрагмент скелетного мышечного волокна. Значительный объём волокон занимают миофибриллы. Расположение светлых и тёмных дисков в параллельных друг другумиофибриллах совпадает, что приводит к появлению поперечной исчерченности. Структурная единица миофибрилл — саркомер, сформированный из толстых и тонких нитей. Цистерны саркоплазматического ретикулума окружают каждую миофибриллу. Между миофибриллами залегают многочисленные митохондрии [Из Kopf-Maier P., Merker H.-J., 1989].

локализуется на внутренней поверхности внутренней мембраны митохондрий и является специфическим маркером митохондрий.

24

Рис. 2-11. Поперечнополосатое скелетное мышечное волокно.

Видимая в световой микроскоп исчерченность обусловлена строением сократительной органеллы — миофибриллы.

Рис. 2-12. Поперечный срез скелетной мышцы, активность СДГ: Атип — светлые волокна — белые (гликолитические) содержат немного митохондрий; С тип — тёмные волокна — красные (окислительные) содержат много митохондрий; В тип — промежуточные волокна (окислительно-гликолитические) содержат среднее количество митохондрий. Синие включения в мышечных волокнах соответствуют плотности и локализации митохондрий.

25

5. Липидные включения

Липидные (жировые) включения рассматриваются как источник энергии в клетке и как материал для синтеза гормонов стероидной природы, например, половых гормонов. Выраженность липидных включений и длительность их пребывания в различных клетках варьирует. Преимущественно липидные включения накапливаются в жировых клетках. Различают белуюи бурую жировые клетки (адипоциты). Белый адипоцит — крупная округлая клетка, содержит однукрупную каплю жира, оттесняющую на периферию цитоплазму, уплощённое ядро и органеллы (рис. 2-13). Бурая жировая клетка имеет полигональную форму(рис. 2-14). В цитоплазме рассеяны многочисленные мелкие капельки жира и митохондрии. Ядро клетки расположено эксцентрично. Бурый цвет клетки обусловлен присутствием железосодержащих пигментов в митохондриях.

Рис. 2-13. Белая жировая клетка. Крупная жёлтая вакуоль, содержащая липиды, занимает практически весь объём клетки. Плоское вытянутое ядро смещено к клеточной мембране.

26

Рис. 2-14. Бурая жировая клетка. Отдельные капельки жира окрашены в чёрный цвет водным раствором четырёхокиси осмия.

II. ЛАБОРАТОРНАЯРАБОТА. ОСМОТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАСТИТЕЛЬНОЙКЛЕТКИ

1. Растительная клетка

Растительная клеткаотличается от животной главным образом строением клеточной оболочки, наличием хлоропласт, обеспечивающих фотосинтез, и вакуолей, заполненных клеточным соком (рис. 2-15).

•Клеточная оболочка состоит из двух слоёв. Внутренний слой прилегает к цитоплазме и называется цитоплазматической или плазматической мембраной, над которой формируется наружный толстый слой из целлюлозы, который называется клеточной стенкой (целлюлозной оболочкой). Клеточная оболочка легко проницаема для жидкостей и газов и пронизана тончайшими канальцами (плазмодесмами), соединяющими соседние клетки.

◊Плазмодесмы — поры, через которые осуществляется обмен веществами междусоседними клетками и организация клеток в единое целое. Аналог щелевых межклеточных контактов между животными клетками.

27

Рис. 2-13. Строение растительной клетки. 1 — комплекс Гольджи; 2 — свободно расположенные рибосомы; 3 — хлоропласты; 4 — межклеточные пространства; 5 — полирибосомы (несколько связанных между собой рибосом); 6 — митохондрии; 7 — лизосомы; 8 — гранулярная эндоплазматическая сеть; 9 — гладкая эндоплазматическая сеть; 10 — микротрубочки; 11 — плазмодесмы; 12 — клеточная мембрана; 13 — ядрышко; 14 — ядерная оболочка; 15 — поры в ядерной оболочке; 16 — целлюлозная оболочка; 17 — гиалоплазма; 18 — тонопласт; 19 — вакуоль; 20 — ядро.

•Пластиды (хлоропласты) — двухмембранные образования, имеющие собственную ДНК; предположительно возникли из цианобактерий в результате слияния с растительной клеткой. Обеспечивают фотосинтез АТФ и органических соединений при участии энергии солнца.

•Вакуоль — одномембранная мешкообразная структура, заполненная клеточным соком, принимает участие в поддержании осмотического гомеостаза и формы клетки. Вакуоли развиваются из цистерн эндоплазматической сети. Мембрана, в которую заключена вакуоль, называется тонопласт. В молодой растительной клетке кле-

28

точный сок накапливается в мелких вакуолях, во взрослой клетке вакуоли сливаются, ядро и другие органеллы перемещаются на периферию, а вакуоль занимает почти весь объём клетки. В состав клеточного сока входит вода, в которой растворены органические кислоты (щавелевая, яблочная, лимонная и др.), сахара (глюкоза, сахароза, фруктоза), минеральные соли (азотнокислый кальций, сернокислый магний, кислый фосфорнокислый калий, соли железа). Одна из важных функций вакуолей — накопление ионов и поддержание тургора (тургорного давления).

2. Транспорт воды и поддержание клеточного объёма

1.Фрагменты листьев водного растения валлиснерия расположить на предметном стекле и нанести несколько капель дистиллированной воды, так, чтобы листья валлиснерии оставались в водной среде. Объект накрыть покровным стеклом и изучить под микроскопом тургорное состояниеклеток. При большом увеличении микроскопа видны прямоугольные клетки, имеющие бесцветную двуконтурную оболочку и прилегающую к ней протоплазму с зелёными хлоропластами (рис. 2-16).

2.Воду, в которой находятся клетки растения, заменить гипертоническим раствором (8% хлористый натрий). Для этого с помощью фильтровальной бумаги впитать воду из-под покровного стекла. Затем под покровное стекло с помощью пипетки накапать гипертонического раствора. В гипертоническом растворе клетки теряют воду и переходят из тургорного состояния в состояние плазмолиза. На препарате видны клетки, у которых в результате потери воды из вакуолей протоплазма с хлоропластами отделяется от клеточной оболочки. Содержимое клетки сжимается.

3.Далее следует вновь заменить вышеуказанным способом гипертонический раствор на дистиллированную воду. При замене раствора клетки насыщаются водой и возвращаются к прежнему тургорному состоянию, которое после плазмолиза называется деплазмолизом.

29

Рис. 2-16. Движение воды через клеточную оболочку растительной клетки. А — тургор; Б — плазмолиз; В — деплазмолиз.

30

ТИПОВЫЕТЕСТОВЫЕВОПРОСЫ

Пояснение. За каждым из перечисленных вопросов или незаконченных утверждений следуют обозначенные буквой ответы или завершения утверждений. Выберите один ответ или завершение утверждения, наиболее соответствующее каждому случаю.

1.Что транспортируется путём облегчённой диффузии?

(А)K+

(Б) N2

(В) O2

(Г) CO

(Д)CO2

2.Холестерин поступает в клетку путём:

(А) фагоцитоза

(Б) пиноцитоза

(В) опосредуемого рецепторами эндоцитоза

(Г) облегчённой диффузии

(Д)активного транспорта

3.Функция комплекса Гольджи. Верно всё, КРОМЕ:

(А)сортировка белков по различным транспортным пузырькам

(Б) гликозилирование белков

(В) реутилизация мембран секреторных гранул после экзоцитоза

(Г) упаковкасекреторного продукта

(Д) синтез стероидных гормонов

4.Микротрубочки. Верно всё, КРОМЕ:

(А)поддерживают форму клетки

(Б) взаимодействуют с кинезином

(В) участвуют во внутриклеточном транспорте макромолекул и органелл

(Г) обеспечивают подвижность микроворсинок

(Д) полярны — на одном конце присоединяются новые СЕ, а на другом — отделяются старые

5.Микрофиламенты. Верно всё, КРОМЕ:

(А)образуют скопления по периферии клетки

(Б) связаны с плазмолеммой посредством промежуточных белков

(В) состоят из двух нитей F-актина

(Г) обеспечивают подвижность хромосом

(Д) обеспечивают подвижность немышечных клеток

Пояснение. Каждый из нижеприведённых вопросов содержит че-