Это сложная динамичная (лабильная), трехмерная цитоплазматическая сеть немембранных волокнистых и трубчатых структур различного типа. Элементы цитоскелета способны к самосборке, обратимой полимеризации и деполимеризации и состоят из глобулярных и фибриллярных белков (тубулин, динеин, динамин, актин, миозин, виментин, кератин, спектрин, десмин и др.). Структуры цитоскелета прикрепляются к различным органеллам и плазмолемме, а так же соединяются между собой через систему якорных белков (анкирин, винкулин, белок 4.1 и др.). В целом цитоскелет ответственен за поддержание и изменение формы клеток, за все способы внутриклеточного движения и транспорта, за движение клеток в пространстве, образование контактов и прикрепление клеток к межклеточному веществу и передачу сигнала от мембранного рецептора внутрь клетки.
Микротрубочки Промежуточные филаменты Микрофиламенты Микротрабекулы
Микротрубочки - самые крупные элементы цитоскелета. Построены из димеров глобулярного белка тубулина (13 глобул по периметру, а в длину в зависимости от размеров клетки). Являются полярными структурами, имеют "+" конец, на котором идет полимеризация (удлинение) и "–" конец на котором происходит деполимеризация (разрушение) микротрубочки. Наружный диаметр микротрубочек 24 - 25 нм, диаметр просвета 14 - 15 нм.
Лабильность микротрубочек «-» конец связан с белками ЦОМТ. «+» конец свободный, участвует в процессах полимеризации / деполимеризации. СОБИРАЕТСЯ РАЗБИРАЕТСЯ
Работа микротрубочек регулируется специальными белками (динеин, кинезин, МАР-белки, и др.). МАР-белки регулируют процессы полимеризации – деполимеризации, направления микротрубочек к определенному месту в клетке, связывание микротрубочек между собой, опосредование взаимодействия микротрубочек с другими белками. ( Microtubule-associated protein, MAP )
Динеин и кинезин обеспечивает скольжение микротрубочек относительно друг друга и перемещение мембранных органелл вдоль по поверхности микротрубочки.
Центр организации микротрубочек ЦОМТ, связанный с клеточным центром. ЦОМТ без определенной локализации. Микротрубочки могут образовываться в цитозоле и вне связи с ЦОМТ, но скорость полимеризации тубулина низкая.
В клетке микротрубочки могут формировать комплексы, выполняющие специфические функции. К комплексам, построенным из микротрубочек относят: аксонему (каркас реснички, жгутика), базальное тельце, центриоли, образующие клеточный центр. Комплексы состоят из микротрубочек объединенных в дублеты (в аксонеме), либо в триплеты (базальное тельце, центриоль). В таких комплексах одна из микротрубочек является полной, а другие неполными, т.к. заимствуют у полной часть тубулинов
На вертикальном разрезе ресничка состоит из корешка, базального тельца (в цитоплазме) и собственно реснички (над клеткой окружена биологической мембраной). На поперечном срезе видны девять дублетов микротрубочек по периметру и две микротрубочки в центре (9х2)+2. Базальное тельце состоит из девяти триплетов микротрубочек по периметру (9х3)+0 и является матрицей, на которой происходит сборка компонентов аксонемы.
Строение ресничек и жгутиков одинаково - это цилиндрические выросты цитоплазмы, основу которых составляет каркас из микротрубочек (аксонема).
Неподвижные Все типы клеток (кроме клеток крови, мышечных клеток) в G 0 - периоде формируют первичные реснички. Рост аксонемы начинается от материнской центриоли. Аксонема не имеет пары центральных микротрубочек. Подвижные – кинетоцилии Длина реснички=2-10 мкм Длина жгутика=50-70 мкм
Клеточный центр (центросома) в 1888 г.Теодор Бовери - универсальный немембранный органоид всех эукариотических клеток, органелла клеточного деления. В интерфазе клеточного цикла центросомы ассоциированы с кариолеммой промежуточными филаментами.
Образован двумя центриолями. Одна является материнской, другая – дочерней. Располагаются перпендикулярно друг другу. Каждая состоит из 9 триплетов микротрубочек. Материнская центриоль ассоциирована с белками- сателлитами, являющимися центрами организации микротрубочек
Центросфера Сателлиты/гало Микротрубочки Фокусы схождения микротрубочек Сателлиты – ЦОМТ, состоящие из белковой головки и фибриллярной ножки, которая связывает его с триплетом. Фокусы схождения микротрубочек- не связанные с центриолями тельца (20-40 нм), являющиеся ЦОМТ.
Центросомный цикл М-фаза: две диплосомы на полюсах клетки, от них отходят нити ахроматинового веретена деления. Материнская центриоль окружена гало (ЦОМТ). В конце телофазы гало и центросфера исчезают. G1 : появляются сателлиты, образуется центросфера. G0 : функционируют как ЦОМТ, формируют ресничку. S : дупликация диплосомы. Перпендикулярно к существующим закладывается процентриоль (9 синглетов). G2 : сателлиты исчезают, диплосомы расходятся к полюсам, на материнских центриолях диплосом формируются гало. Микротрубочки цитоплазмы деполимеризуются, формируется ахроматиновое веретено деления.
Базальное тельце (кинетосома) Состоит из 9 триплетов микротрубочек, имеет центральную белковую фибриллу и спицы идущие к триплетам. От триплетов базального тельца снаружи расположены придатки, которые связывают его с мембраной. Две микротрубочки каждого триплета продолжаются в аксонему. Имеет ЦОМТ. На дистальном конце базального тельца имеется аморфная пластинка - ЦОМТ, от неё растут две центральные микротрубочки и центральная муфта аксонемы. При формировании множественных ресничек происходит репликация диплосом. Базальные тельца формируются в цитоплазме при помощи дейтеросом – белковых электронноплотных гранул. Клетки с множеством ресничек не способны к делению. Исчерченные корешки – пучки белковых фибрилл, идут от основания базального тельца к ядру. Исчерченный корешок входит в состав и центросомы, прикрепляя её к ядру.
Функции микротрубочек Поддержание формы клетки Обеспечение внутриклеточного транспорта Формирование органелл Обеспечение подвижности клетки Формирования веретена деления
Прочные устойчивые стабильные и самые долгоживущие компоненты цитоскелета. Представляют собой неполярные нити (фибриллы) толщиной 8 - 10 нм, состоящие из белков, специфичных для каждой ткани. В соединительных тканях это виментины, в эпителиальных - кератины, в мышечных - десмины, в ядрах всех типов клеток - ламины.
Строение промежуточных филаментов Димер Тетрамер Протофиламент Волокно
Классы промежуточных филаментов Тонофиламенты (кератины); Десминовые филаменты (десмин); Виментиновые филаменты (виментин); Нейрофиламенты ( NF-L, NF-M, NF-H ); Глиальные филаменты ( GFAP) ; Ламины ( ламины А, В, С).
Функции промежуточных филаментов Поддержание формы клетки; Распределение органелл в цитоплазме; Формирование рогового вещества; Формирование остова отростков нейронов; Прикрепление миофибрилл к плазмолемме; Вместе с микрофиламентами участвуют в гель-зольных переходах гиалоплазмы; Участвуют в подвижности немышечных клеток, процессах эндо- и экзоцитоза; Формирование кариоскелета.
Тонкие белковые полярные нити диаметром 5-7 нм, расположенные в цитоплазме поодиночке, пучками или в виде сетей. Основной белок микрофиламентов - F и G актин, Дополнительные, актин-связывающие белки - тропомиозин, тропонины, миозин и его разновидности, филамин, фимбрин, виллин, и т.д. до нескольких десятков видов.
Белки микрофиламентов Актин – глобулярный мономерный белок ( G -актин ), способный к полимеризации ( F -актин). Молекула актина имеет вид двух спирально закрученных нитей F -актина.
Микро- филаменты
Актин-связывающие белки Белки, ингибирующие полимеризацию актина (профиллин, ДНКаза I ); стабилизирующие белки (тропомиозины); кэпактины (гельзолин/вилин,фрагмин/северин) белки, сшивающие актиновые филаменты (фасцин, фимбрин, синапсин I, белок полосы 4.9); регуляторные белки (кальдесмон); миозины; белки, связывающие актин с мембранными липидами (гельзолин, калпакин, миозин I ); белки, связывающие актин с интегральными белками ( α -актинин, талин-винкулин, спектрин, белок полосы 4.1, анкирин, филамин ).
Микроворсинки выросты цитоплазмы, окруженные плазмолеммой, каркас которых образован пучком микрофиламентами. У основания микроворсинки пучок микрофиламентов переходит в терминальную сеть. Щеточная каемка совокупность микроворсинок.
Функции микрофиламентов Обеспечение сокращения клеток Обеспечение движения клеток. Обеспечение мембранных функций. Перемещение в цитозоле органелл, макромолекул. Обеспечение формы клетки. Формирование некоторых органелл. Участие в цитотомии.
Наименее изученная часть цитоскелета. Выявляются только высоковольтной (мегавольтной) трансмиссионной электронной микроскопией в виде сети нитей неравномерной толщины (2 - 3 нм). Белок микротрабекул не идентифицирован, предполагается, что они объединяют три вышеописанные системы цитоскелета и участвуют в гель-зольных переходах цитоплазмы. Многие авторы считают, что микротрабекулы это артефакт, возникающий в ходе приготовления препарата.
Микротрабекулы система тонких белковых нитей, пересекающих цитоплазму в различных направлениях. D 2 нм. С микротрабекулярной системой связаны микротрубочки и микрофиламенты.
Клеточное ядро - основной компонент эукариотической клетки, содержащий её генетический материал.
Функция ядра заключается: в хранении и реализации генетической информации (для синтеза белков) и равнонаследственном распределении ДНК при делении клеток. Размеры, количество и форма ядер в различных клетках варьируют в широких пределах. Ядро неделящейся (интерфазной) клетки состоит из: 1. Кариолеммы (ядерная оболочка) 2. Хроматина 3. Ядрышек 4. Ядерного сока (кариоплазма)
Схема строения клеточного ядра. 1 — ядерная оболочка (две мембраны, внутренняя и внешняя, и перинуклеарное пространство); 2 — ядерная пора; 3 — конденсированный хроматин; 4 — диффузный хроматин; 5 — ядрышко (гранулярный и фибриллярный компоненты, в центральных светлых зонах находится рДНК); 6 — интерхроматиновые гранулы (РНП); 7 — перихроматиновые гранулы (РНП); 8 — перихроматиновые фибриллы (РНП); 9 — кариоплазма
Кариолемма состоит из двух биологических мембран (наружной и внутренней) толщиной 6 - 7,5 нм, которые разделены полостью (перинуклеарное пространство) шириной 12 - 100 нм.
Перинуклеарное пространство ( люмен ) переходит в полости ЭПС. Со стороны цитоплазмы наружная ядерная мембрана окружена сетью промежуточных филаментов. Внутренняя мембрана гладкая (не содержит рибосом). В большинстве клеток, со стороны ядра, к ней может прилегать ядерная пластина (ламина) толщиной 80 - 300 нм, состоящая из промежуточных филаментов (белки - ламины А,В,С), формирующих кариоскелет, а также участвующих в формировании гетерохроматина и в восстановлении ядерной мембраны в телофазу митоза. Наружная ядерная мембрана составляет единое целое с мембранами эндоплазматической сети, часто несет на себе рибосомы, а так же может открываться в межклеточное пространство.
Внутренняя мембрана кариолеммы ядерная ламина (80-300 нм) - структура, образованная белками-ламинами, к которой прикреплены нити хроматина.
Функции ламины Поддерживает форму ядра. Участвует в формировании порового комплекса. Отвечает за упорядоченное расположение хроматина в интерфазном ядре (хромосомная территория).
В отличие от других органелл, кариолемма содержит поровые комплексы, состоящие из пор и белковых компонентов. Количество поровых комплексов может изменяться в широких пределах, в среднем 10 - 20 на 1 мкм площади ядерной мембраны. Функция комплекса ядерной поры - это обеспечение избирательного транспорта веществ между ядром и цитоплазмой в обоих направлениях.
области перехода внутренней мембраны кариолеммы в наружную. В поре расположен комплекс ядерной поры: Два параллельных белковых кольца (8глобул), от которых к центру отходят белковые фибриллы, формирующие диафрагму поры и центрально расположенная белковая глобула – центральная гранула. N.B. Отсутствуют в ядрах спермиев. Ядерные поры (2000-4000 пор)
1— перинуклеарное пространство, 2 — внутренняя ядерная мембрана, 3 — внешняя ядерная мембрана, 4 — периферические субъединицы, 5 — центральная гранула, 6 — фибриллы, отходящие от гранул, 7 — диафрагма. Тонкая организация ядерной поры (а, б – разные современные модели)
Комплекс ядерной поры Образован - нуклеопоринами
Комплекс ядерной поры
Хроматин комплекс ДНК и белков интерфазного ядра, представляющий деспирализованные хромосомы. Гетерохроматин: а. Облигатный; б. Факультативный; Эухроматин;
Хроматин ядра интерфазной клетки - комплекс ДНК и белков. Разделяется на гетерохроматин (конденсированный, заблокированный) и эухроматин, с которого и происходит считывание информации для синтеза белка.
Уровни компактизации хроматина
Негистоновые белки Большое влияние на структуру хроматина и функционирование эукариотических генов оказывают различные негистоновые белки. Белки с высокой подвижностью (high mobility group – HMG). Внутриядерные ферменты (транскрипции, репарации и репликации). Белковые факторы, необходимые для работы генетического аппарата клетки. ДНК-топоизомеразы.
Метафазная хромосома Центромера Теломера Хроматида Плечи (р и q ) В области центромеры расположен кинетохор - мультибелковый комплекс, обеспечивающий связывание хромосомы с нитями веретена деления. Образуются кинетохоры парами в поздней профазе митоза по одному на каждой из сестринских хроматид.
Типы хромосом акроцентрические (палочковидные хромосомы с очень коротким, почти незаметным вторым плечом); субметацентрические (с плечами неравной длины, напоминающие по форме букву L); 3. метацентрические (V-образные хромосомы, обладающие плечами равной длины).
Кариотип Совокупность признаков (числа, величины и морфологии) полного набора хромосом, присущий клеткам данного биологического вида ( видовой кариотип ), данного организма ( индивидуальный кариотип ) или линии (клона) клеток.
Микроядра - фрагменты хромосом или целые хромосомы, не включенные в состав ядра после митотического деления клетки. Образование микроядер провоцируют вещества, вызывающие разрыв хромосом (кластогенные агенты) и токсикантами, повреждающими белки митотического веретена.
Ядрышко (от 1 до 5) образованно специализированными участками 13, 14, 15, 21, 22 хромосом (ядрышковыми организаторами). Ядрышковые организаторы - участки хроматина, содержащие мультиплицированные гены рРНК. В интерфазной клетке ядрышко состоит из фибриллярного (первичный транскрипт рРНК), глобулярного (предшественники субъединиц рибосом) и аморфного (ядрышковые организаторы) компонентов. Функция ядрышка - наработка рибосомальных РНК и сборка отдельных субъединиц рибосом.
Строение ядрышка: 1 – фибриллярный компонент, 2 – глобулярный компонент, 3 – ядерная оболочка.
Структура ядрышка Фибриллярный компонент - внутренняя часть ядрышка, состоит из нитей хроматина и первичных транскриптов рРНК. Гранулярный компонент – образован скоплением плотных частиц ( D 10-20 нм), предшественников субъединиц рибосом. Аморфный компонент – прилегающий участок ядерного матрикса, содержащий РНК-связывающие белки. Ядрышко окружено перинуклеолярным хроматином.
Размеры и количество ядрышек В интерфазном ядре на светооптическом уровне – плотная гранула ( D 1-3 мкм), ультрабазофильна. Размеры и количество ядрышек увеличиваются при повышении функциональной активности клетки.
Ядерный матрикс Кариоскелет построен из негистоновых белков, формирующих разветвленную сеть, взаимодействующую с ядерной ламиной. В клетке имеются специальные некодирующие А-Т-богатые участки прикрепления к ядерному матриксу (англ. SMAR — M atrix/ S caffold A ttachment R egions). Кариоплазма - жидкий компонент ядерного матрикса, коллоидный раствор, содержащий РНК, гликопротеины, ионы, ферменты.
Кариоплазма (ядерный сок, кариолимфа) - жидкий компонент ядра, в котором располагаются все внутренние структуры (сходен с цитоплазматическим матриксом). Белки ядра (поступающие из цитоплазмы) разделены на несколько фракций и образуют комплексы с ДНК, РНК или ферментными системами ядра. Из неорганических соединений в ядре наиболее важны соли Mg, Na, К, Са.
