Je dokázané, že bunky eukaryotických organizmov sú reprezentované systémom membrán, ktoré tvoria organely proteín-fosfolipidového zloženia. Z tohto pravidla však existuje dôležitá výnimka. Dve organely (bunkové centrum a ribozóm), ako aj pohybové organely (bičíky a riasinky) majú nemembránovú štruktúru. Ako sa vzdelávajú? V tejto práci sa pokúsime nájsť odpoveď na túto otázku a tiež študovať štruktúru bunkového centra bunky, často nazývaného centrozóm.
Obsahujú všetky bunky stred buniek
Prvým faktom, ktorý vedcov zaujíma, je voliteľná prítomnosť tohto organoidu. Takže v nižších hubách - chytridiomycetoch - a vo vyšších rastlinách chýba. Ako sa ukázalo, v riasach, v ľudských bunkách a u väčšiny zvierat je prítomnosť bunkového centra nevyhnutná na realizáciu procesov mitózy a meiózy. Somatické bunky sa delia prvým spôsobom a pohlavné bunky sa delia iným spôsobom. Povinným účastníkom oboch procesov jecentrozóm. Divergencia jej centriol k pólom deliacej sa bunky a natiahnutie filamentov štiepneho vretienka medzi nimi zaisťuje ďalšiu divergenciu chromozómov pripojených k týmto vláknam a k pólom materskej bunky.
Mikroskopické štúdie odhalili štrukturálne znaky bunkového centra. Zahŕňa jedno až niekoľko hustých teliesok - centriolov, z ktorých sa vejárajú mikrotubuly. Pozrime sa podrobnejšie na vzhľad, ako aj štruktúru bunkového centra.
Centrozóm v medzifázovej bunke
V životnom cykle bunky možno bunkové centrum vidieť počas obdobia nazývaného interfáza. V blízkosti jadrovej membrány sú zvyčajne umiestnené dva mikrovalce. Každá z nich pozostáva z proteínových skúmaviek zozbieraných v troch kusoch (trojiciach). Deväť takýchto štruktúr tvorí povrch centriolu. Ak sú dve z nich (čo sa stáva najčastejšie), potom sú umiestnené v pravom uhle k sebe. Počas obdobia života medzi dvoma deleniami je štruktúra bunkového centra v bunke takmer rovnaká u všetkých eukaryot.
Ultraštruktúra centrosómu
Pomocou elektrónového mikroskopu bolo možné podrobne študovať štruktúru bunkového centra. Vedci zistili, že centrozómové valce majú nasledujúce rozmery: ich dĺžka je 0,3-0,5 mikrónu, ich priemer je 0,2 mikrónu. Pred začiatkom delenia sa počet centriolov zdvojnásobí. Je to potrebné, aby samotné materské a dcérske bunky v dôsledku delenia dostalibunkové centrum, pozostávajúce z dvoch centriolov. Štrukturálne znaky bunkového centra spočívajú v tom, že centrioly, ktoré ho tvoria, nie sú ekvivalentné: jeden z nich, zrelý (materský), obsahuje ďalšie prvky: pericentriolar satelit a jeho prílohy. Nezrelý centriol má špecifické miesto, ktoré sa nazýva predné koleso.
Správanie centrozómu pri mitóze
Je dobre známe, že rast organizmu, ako aj jeho rozmnožovanie prebieha na úrovni elementárnej jednotky živej prírody, ktorou je bunka. Cytológia zvažuje štruktúru bunky, lokalizáciu a funkcie bunky, ako aj jej organely. Napriek tomu, že vedci vykonali množstvo výskumov, bunkové centrum je stále nedostatočne prebádané, hoci jeho úloha pri delení buniek je úplne objasnená. V profáze mitózy a pri profáze redukčného delenia meiózy sa centrioly rozchádzajú smerom k pólom materskej bunky a následne vzniká vlákno štiepneho vretienka. Sú pripojené k centromérom primárnej konstrikcie chromozómov. Na čo to je?
Vreteno anafázového bunkového delenia
Experimenty G. Boveriho, A. Neila a ďalších vedcov umožnili zistiť, že štruktúra bunkového centra a jeho funkcie sú vzájomne prepojené. Prítomnosť dvoch centriol umiestnených bipolárne vzhľadom na póly bunky a vretienkových filamentov medzi nimi zaisťuje rovnomernú distribúciu chromozómov spojených s mikrotubulami ku každému z pólov materskej bunky.
Počet chromozómov bude teda v dcérskych bunkách v dôsledku mitózy rovnaký alebo polovičný (v meióze) ako v pôvodnej materskej bunke. Zvlášť zaujímavá je skutočnosť, že štruktúra bunkového centra sa mení a je v korelácii s fázami bunkového životného cyklu.
Chemická analýza organel
Pre lepšie pochopenie funkcií a úlohy centrozómu si preštudujme, aké organické zlúčeniny obsahuje jeho zloženie. Ako by sa dalo očakávať, vedú bielkoviny. Stačí pripomenúť, že štruktúra a funkcie bunkovej membrány závisia aj od prítomnosti peptidových molekúl v nej. Všimnite si, že proteíny v centrozóme majú kontraktilnú schopnosť. Sú súčasťou mikrotubulov a nazývajú sa tubulíny. Pri štúdiu vonkajšej a vnútornej štruktúry bunkového centra sme spomenuli pomocné prvky: pericentriolárne satelity a centriolové prívesky. Zahŕňajú cenexín a myricitín.
Existujú aj bielkoviny, ktoré regulujú metabolizmus organoidov. Ide o kinázy a fosfatázy – špeciálne peptidy zodpovedné za nukleáciu mikrotubulov, teda za tvorbu aktívnej molekuly semena, z ktorej začína rast a syntéza radiálnych mikrofilamentov.
Bunkové centrum ako organizátor fibrilárnych proteínov
V cytológii sa konečne presadila myšlienka centrozómu ako hlavnej organely zodpovednej za tvorbu mikrotubulov. Vďaka zovšeobecňujúcim štúdiám K. Fultona možno tvrdiť, že bunkové centrumzabezpečuje tento proces štyrmi spôsobmi. Napríklad: polymerizácia filamentov štiepneho vretienka, tvorba centriol, vytvorenie radiálneho systému mikrotubulov v medzifázovej bunke a nakoniec syntéza prvkov v primárnom ciliu. Ide o špeciálnu formáciu charakteristickú pre materskú centriolu. Štúdiom štruktúry a funkcií bunkovej membrány ju vedci zisťujú pod elektrónovým mikroskopom v bunkovom centre po mitotickom delení buniek alebo v čase začiatku mitózy. V štádiu G2 interfázy, ako aj v skorých štádiách profázy miznú riasy. Podľa chemického zloženia pozostáva z molekúl tubulínu a ide o značku, podľa ktorej možno identifikovať zrelú materskú centriolu. Ako teda prebieha dozrievanie centrozómov? Zvážte všetky nuansy tohto procesu.
Fázy tvorby centriolu
Cytológovia zistili, že dcérske a materské centrioly, ktoré tvoria diplozóm, nemajú rovnakú štruktúru. Zrelá štruktúra je teda ohraničená vrstvou pericentriolárnej látky - mitotickým halo. Úplné dozrievanie dcérskeho centriolu trvá dlhšie ako jeden životný cyklus bunky. Na konci štádia G1 druhého bunkového cyklu už nový centriol pôsobí ako organizátor mikrotubulov a je schopný vytvárať filamenty štiepneho vretienka, ako aj vytvárať špeciálne pohybové organely. Môžu to byť riasy a bičíky, ktoré sa nachádzajú v jednobunkových prvokoch (napríklad zelené euglena, ciliates-topánky), ako aj v mnohých riasach, ako sú chlamydomonas. Bičíky vytvorené v dôsledku mikrotubulov bunkového centra sú zásobované mnohýmispóry v riasach, ako aj zárodočné bunky zvierat a ľudí.
Úloha centrozómu v živote bunky
Videli sme teda, že jedna z najmenších bunkových organel (zaberá menej ako 1 % objemu bunky) hrá vedúcu úlohu pri regulácii metabolizmu rastlinných aj živočíšnych buniek. Porušenie tvorby deliaceho vretena má za následok tvorbu geneticky defektných dcérskych buniek. Ich sady chromozómov sa líšia od normálneho počtu, čo vedie k chromozomálnym aberáciám. Výsledkom je vývoj abnormálnych jedincov alebo ich smrť. V medicíne sa zistila skutočnosť vzťahu medzi počtom centriolov a rizikom vzniku rakoviny. Napríklad, ak normálne kožné bunky obsahujú 2 centrioly, potom tkanivová biopsia v prípade rakoviny kože odhalí zvýšenie ich počtu na 4-6. Tieto výsledky poskytujú dôkaz o kľúčovej úlohe centrozómu pri kontrole bunkového delenia. Nedávne experimentálne údaje poukazujú na dôležitú úlohu tejto organely v procesoch vnútrobunkového transportu. Jedinečná štruktúra bunkového centra umožňuje regulovať ako tvar bunky, tak aj jej zmenu. V normálne sa vyvíjajúcej jednotke sa centrozóm nachádza vedľa Golgiho aparátu, v blízkosti jadra a spolu s nimi zabezpečuje integračné a signalizačné funkcie pri realizácii mitózy, meiózy, ako aj programovanej bunkovej smrti – apoptózy. Preto moderní cytológovia považujú centrozóm za dôležitú zjednocujúcu organelu bunky, ktorá je zodpovedná za jej delenie aj za celýcelkový metabolizmus.
