Udowodniono, że komórki organizmów eukariotycznych są reprezentowane przez system błon, które tworzą organelle o składzie białkowo-fosfolipidowym. Istnieje jednak ważny wyjątek od tej reguły. Dwie organelle (centrum komórki i rybosom), a także organelle ruchowe (wica i rzęski) mają strukturę bezbłonową. Jak są edukowani? W tej pracy postaramy się znaleźć odpowiedź na to pytanie, a także zbadać strukturę centrum komórki, często zwanego centrosomem.
Czy wszystkie komórki zawierają centrum komórki
Pierwszym faktem, który interesuje naukowców, jest opcjonalna obecność tego organoidu. Tak więc w niższych grzybach - chytridiomycetes - i wyższych roślinach jest nieobecny. Jak się okazało, w algach, komórkach ludzkich i większości zwierząt obecność ośrodka komórkowego jest niezbędna do realizacji procesów mitozy i mejozy. Komórki somatyczne są podzielone w pierwszy sposób, a komórki płciowe w inny sposób. Obowiązkowym uczestnikiem obu procesów jest:centrosom. Rozbieżność jej centrioli do biegunów dzielącej się komórki i rozciągnięcie włókien wrzeciona rozszczepienia między nimi zapewnia dalszą dywergencję chromosomów przyłączonych do tych włókien i do biegunów komórki macierzystej.
Badania mikroskopowe ujawniły cechy strukturalne centrum komórki. Obejmuje od jednego do kilku gęstych ciał - centrioli, z których rozchodzą się mikrotubule. Przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo wyglądowi, a także strukturze centrum komórki.
Centrosomy w komórce międzyfazowej
W cyklu życia komórki, centrum komórki można zobaczyć w okresie zwanym interfazą. W pobliżu błony jądrowej zwykle znajdują się dwa mikrocylindry. Każda z nich składa się z probówek z proteinami, zebranych w trzy części (trojaczki). Dziewięć takich struktur tworzy powierzchnię centrioli. Jeśli są dwa z nich (co zdarza się najczęściej), to są ustawione pod kątem prostym do siebie. W okresie życia między dwoma podziałami struktura centrum komórki w komórce jest prawie taka sama u wszystkich eukariontów.
Ultrastruktura centrosomu
Możliwe stało się szczegółowe badanie struktury centrum komórki dzięki użyciu mikroskopu elektronowego. Naukowcy odkryli, że cylindry centrosomów mają następujące wymiary: ich długość wynosi 0,3-0,5 mikrona, ich średnica wynosi 0,2 mikrona. Liczba centrioli podwaja się przed rozpoczęciem podziału. Jest to konieczne, aby same komórki matki i córki w wyniku podziału otrzymałycentrum komórkowe, składające się z dwóch centrioli. Strukturalne cechy centrum komórkowego polegają na tym, że tworzące je centriole nie są równoważne: jedna z nich, dojrzała (matczyna), zawiera dodatkowe elementy: satelitę okołocentriolowy i jego przydatki. Niedojrzała centriola ma określone miejsce zwane kołem wozu.
Zachowanie centrosomu podczas mitozy
Wiadomo, że wzrost organizmu, a także jego rozmnażanie odbywa się na poziomie elementarnej jednostki żywej natury, jaką jest komórka. Struktura komórki, lokalizacja i funkcje komórki, a także jej organelle są rozpatrywane przez cytologię. Pomimo tego, że naukowcy przeprowadzili wiele badań, ośrodek komórkowy jest wciąż niedostatecznie zbadany, chociaż jego rola w podziale komórek została w pełni wyjaśniona. W profazie mitozy iw profazie podziału redukcyjnego mejozy centriole rozchodzą się w kierunku biegunów komórki macierzystej, a następnie tworzy się nić wrzeciona rozszczepienia. Są przyłączone do centromerów pierwotnego zwężenia chromosomów. Do czego to służy?
Wrzeciono podziału komórki anafazy
Eksperymenty G. Boveriego, A. Neila i innych naukowców umożliwiły ustalenie, że struktura centrum komórkowego i jego funkcje są ze sobą powiązane. Obecność dwóch centrioli położonych dwubiegunowo względem biegunów komórki oraz włókien wrzeciona pomiędzy nimi zapewnia równomierne rozmieszczenie chromosomów połączonych z mikrotubulami na każdym z biegunów komórki macierzystej.
Tak więc liczba chromosomów w komórkach potomnych będzie taka sama w wyniku mitozy lub o połowę mniejsza (w mejozie) niż w oryginalnej komórce macierzystej. Szczególnie interesujący jest fakt, że struktura centrum komórki zmienia się i jest skorelowana z etapami cyklu życia komórki.
Analiza chemiczna organelli
Dla lepszego zrozumienia funkcji i roli centrosomu przestudiujmy, jakie związki organiczne wchodzą w jego skład. Jak można się spodziewać, prym wiodą białka. Wystarczy przypomnieć, że budowa i funkcje błony komórkowej zależą również od obecności w niej cząsteczek peptydowych. Zauważ, że białka w centrosomie mają zdolność kurczliwości. Są częścią mikrotubul i nazywane są tubulinami. Badając zewnętrzną i wewnętrzną strukturę centrum komórki, wspomnieliśmy o elementach pomocniczych: satelitach okołocentrycznych i przydatkach centrioli. Należą do nich cenexin i miricitin.
Istnieją również białka regulujące metabolizm organoidu. Są to kinaza i fosfataza – specjalne peptydy odpowiedzialne za zarodkowanie mikrotubul, czyli za tworzenie aktywnej cząsteczki nasiennej, od której zaczyna się wzrost i synteza mikrowłókien radialnych.
Centrum komórkowe jako organizator białek fibrylarnych
W cytologii idea centrosomu jako głównego organelli odpowiedzialnej za tworzenie mikrotubul w końcu się przyjęła. Dzięki uogólniającym badaniom K. Fultona można argumentować, że centrum komórkizapewnia ten proces na cztery sposoby. Na przykład: polimeryzacja włókien wrzeciona rozszczepienia, tworzenie centrioli, tworzenie promieniowego układu mikrotubul w komórce międzyfazowej i wreszcie synteza pierwiastków w pierwotnej rzęsce. Jest to szczególna formacja charakterystyczna centrioli matki. Badając strukturę i funkcje błony komórkowej, naukowcy wykrywają ją pod mikroskopem elektronowym w centrum komórki po mitotycznym podziale komórki lub w momencie wystąpienia mitozy. W stadium G2 interfazy, jak również we wczesnych stadiach profazy, rzęska zanika. Zgodnie ze swoim składem chemicznym składa się z cząsteczek tubuliny i jest znacznikiem, dzięki któremu można zidentyfikować dojrzałą centriolę matki. Jak więc zachodzi dojrzewanie centrosomów? Rozważ wszystkie niuanse tego procesu.
Etapy tworzenia się centrioli
Cytolodzy ustalili, że centriole córki i matki, które tworzą diplosom, nie mają takiej samej struktury. Tak więc dojrzała struktura jest otoczona warstwą substancji okołocentrialnej - mitotycznym halo. Pełne dojrzewanie centrioli potomnych trwa dłużej niż jeden cykl życia komórki. Pod koniec etapu G1 drugiego cyklu komórkowego nowa centriola działa już jako organizator mikrotubul i jest zdolna do tworzenia włókien wrzeciona rozszczepienia, a także tworzenia specjalnych organelli ruchu. Mogą to być rzęski i wici, występujące w jednokomórkowych pierwotniakach (np. euglena zielona, rzęski), a także w wielu algach, takich jak chlamydomony. Wici powstające dzięki mikrotubulom w centrum komórki są dostarczane z wielomazarodniki w algach, a także w komórkach rozrodczych zwierząt i ludzi.
Rola centrosomu w życiu komórki
Zauważyliśmy więc, że jedna z najmniejszych organelli komórkowych (zajmuje mniej niż 1% objętości komórki) odgrywa wiodącą rolę w regulacji metabolizmu zarówno komórek roślinnych, jak i zwierzęcych. Naruszenie powstawania wrzeciona podziału pociąga za sobą powstawanie genetycznie wadliwych komórek potomnych. Ich zestawy chromosomów różnią się od normalnej liczby, co prowadzi do aberracji chromosomowych. W rezultacie rozwój nienormalnych osobników lub ich śmierć. W medycynie ustalono związek między liczbą centrioli a ryzykiem zachorowania na raka. Na przykład, jeśli normalne komórki skóry zawierają 2 centriole, to biopsja tkanki w przypadku raka skóry ujawnia wzrost ich liczby do 4-6. Wyniki te dostarczają dowodów na kluczową rolę centrosomu w kontroli podziału komórek. Najnowsze dane doświadczalne wskazują na ważną rolę tego organelli w procesach transportu wewnątrzkomórkowego. Unikalna struktura centrum komórkowego pozwala regulować zarówno kształt komórki, jak i jej zmianę. W normalnie rozwijającej się jednostce centrosom znajduje się obok aparatu Golgiego, w pobliżu jądra i wraz z nimi pełni funkcje integracyjne i sygnalizacyjne w realizacji mitozy, mejozy, a także programowanej śmierci komórki - apoptozy. Dlatego współcześni cytolodzy uważają centrosomy za ważne organelle jednoczące komórki, odpowiedzialne zarówno za jej podział, jak i za całość.ogólny metabolizm.
