П. Зитте, Э.В. Вайлер, Й.В. Кадерайт, А. Брезински, К. Кернер - Ботаника. Учебник для вузов. Том 1. Клеточная биология. Анатомия. Морфология (1134214), страница 22
Текст из файла (страница 22)
СТРОЕНИЕ И УЛЬТРАСТРУКТУРА КЛЕТКИнетическую активность путем направленноговведения чужеродной ДНК (трансфекция) факторов транскрипции или антисмысловой мРНК(см. 7.2.2.3).2.1.2. ЭлектроннаямикроскопияВ электронном микроскопе (ЭМ, рис.2.5) освещение и отображение объектовосуществляются быстрыми электроннымипотоками, которые преломляются в полях электромагнитных линз. Увеличеннаякартина подается на флуоресцирующийсветовой экран и может сохраняться в видефотографий или в электронном виде.
Длина волны электронных лучей составляетпосле ускорения в 100 000 В (= 100 кВ)всего лишь 1/100 000 длины световой волны. За счет этого достигается гораздо лучшее разрешение, чем при световой микроскопии. В случае биологических препаратов разрешение повышается на два порядка, что очень важно.Для исследования с помощью обычногопросвечивающего (трансмиссионного) ЭМ(ТЭМ) препараты должны быть не толще 80 нм,т.е. менее чем 1/1 000 толщины листа бумаги.Имеется несколько методов приготовленияпрепаратов для ТЭМ.
Просвечиваемые частицы (макромолекулы, мультиферментные комплексы, нити ДНК, рибосомы, вирусы, фибриллы целлюлозы, мембранные фракции)высушивают на тончайших пластиковых илиугольных пленках и наблюдают непосредствен -Рис. 2.5. Современный электронный микроскоп.Электронные лучи проходят от источника 1 сверху вниз через систему конденсорных линз в тубусе(вертикальная трубка 5), помещенный в глубокий вакуум тубуса объект (препаратный шлюз 2 с боковым сосудом Дьюара 4 для жидкого азота, охлаждающего пространство с объектом; 3 — опрокидывающее устройство для препарата), далее через поля изображенных электромагнитных объективной и проективной линз (на 5) и, наконец, достигают флуоресцирующего светового экрана.
Появляющееся здесь конечное изображение можно наблюдать через смотровое окно (6) или на мониторах (8) и фотографировать или сохранять в цифровой форме (цифровая камера 7). Значение остаточного давления газа в тубусе поддерживается с помощью вакуумных насосов на уровне одноймиллионной атмосферного давления 9 — компьютерный блок для получения и обработки изображения2.2. Растительная клетка |но Для повышения контрастности изображения часто используют тяжелые металлы, ихвносят (позитивный контраст), наносят (негативный контраст, ср , например, рис 1 16 А,1 17.
2 44, 2 66, 2 80) или косо напыляют (оттенение посредством рельефного эффекта,рис 2 72) Клетки и ткани после химическойфиксации глутаральдегидом и оксидом осмияпропитывают (заключают) в твердую полимеризующую смолу, и из них на ультрамикротомах особым образом заточенными алмазнымилезвиями приготовляют срезы (ср , например,рис 2 7, 2 93) Как альтернативный вариантможно также применять криофиксацию путемочень быстрого замораживания живой тканидо <-150°С, при которой вода в клетках затвердевает не кристаллизуясь Затем промороженный препарат раскалывают и с поверхности излома готовят тонкий отпечаток (реплику), который затем наблюдают в ТЭМ (замораживание-скалывание, ср , например, рис21 8, 2 26, А, 2 85, 2 94, А, С) В последнее время просвечивают и относительно толстые срезы при напряжении ускорения между 300 и700 кВ и получают изображения соответствующих мест препарата в цифровой форме С помощью компьютера по этим данным реконструируют виртуальное трехмерное изображениеобъекта, которое (как и в случае конфокального лазерного сканирующего микроскопа)передает его пространственную структуруПоверхностную структуру непрозрачных объектов можно сделать видимой спомощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ).
Этот метод работает попринципу телевизора. Препарат на ограниченной области поверхности облучаюточень узко направленным пучком электронов. От соответствующих мест препарата, которые непосредственно сталкиваются с этим первичным лучом, обратно отражаются вторичные электроны 1 . Они синхронно управляют переводом отображенияповерхности в цифровую форму на экране монитора. Отображающих линз нетИзображения с помощью СЭМ отличаются высокой глубиной изображаемогопространства и особенно пластичной пе-1Перед просмотром на препарат напыляюттонкую пленку из металла (например, палладия), поскольку сами живые объекты хорошопропускают и слабо отражают пучки электронов — Примеч ред81редачей скульптуры объекта (ср., например, рис.
3.3, С, D; 3.10, 3.11; 3.14).2.2. Растительная клетка2.2.1. ОбзорНа рис. 2.2, 2.6 — 2.8 показаны типичные растительные клетки, видимые с помощью светового и электронного микроскопа Здесь одновременно представленыважнейшие структурные компоненты растительных клеток. Прежде всего дадимчеткие определения клеточных компонентов, а строение, функции и генезис отдельных органелл детально будут рассмотрены в последующих разделах. Под органеллами мы понимаем внутриклеточныефункциональные единицы (от лат organellum — маленький аппарат, поэтому вединственном числе корректнее было быговорить «органелл»; однако это словоупотребляется в женском роде) 1 .Клеточная стенка (англ.
cell wall). Окружает тело живой клетки (+ протопласт)как формообразующий внешний скелет(экзоскелет), содержит прочные фибриллы из целлюлозы или хитина, пронизанатонкими каналами (плазмодесмами) —плазматическими соединениями между соседними клетками (греч. desmos — узы,связь).Клеточная мембрана (плазматическаямембрана, плазмалемма; англ.
cell membrane). Биомембрана (от лат. membrana —кожа), окружающая весь протопласт, каки большинство биомембран, обладает избирательной проницаемостью: пропускает воду и незаряженные молекулы, напротив же, ионы и более крупные полярныечастицы проходят через мембрану толькотогда, когда для них имеются специфические переносчики.Биомембраны представляют собой вязкую жидкость (толщина 6 — 11 нм).
Главный элемент всех биомембран — двойной1Исходное слово в латыни — среднего родаПри заимствованиях грамматический род может не сохраняться — Примеч ред.82[ГЛАВА 2. СТРОЕНИЕ И УЛЬТРАСТРУКТУРА КЛЕТКИлипидный слой, пронизанный поперекинтегральными мембранными белками;периферические мембранные белки прикреплены к поверхности. Биомембраныограничивают структурные элементы, иликомпартменты (англ. compartments), окружая их сплошным слоем, — таким образом, у биомембран нет боковых краев. Ониотделяют «внутреннее» от «внешнего»биомембрана — это не лист, а «воздушный шар».Цитоплазма (англ.
cytoplasm) — основная масса протопласта, имеющая консистенцию от вязкой до слизистой. В ней расположены различные органеллы; местомногих реакций обмена веществ; выпадает при фракционировании клетки как питозоль («растворимая фракция»).Цитоскелет (англ. cytoskeleton) — внутренний скелет (эндоскелет), может в отдельных местах укреплять цитоплазму(золь —> гель); с другой стороны, обеспечивает с помощью моторных молекулпроцессы движения внутри клетки (например, ток цитоплазмы, перемещениепузырьков, движение хромосом приядерном делении); у растений это прежде всего микротрубочки и актиновые микрофиламенты (лат. tubulus — трубочка,filum — нить).Рибосомы — мелкие (30 нм) плотныечастицы в цитоплазме и на мембранак эндоплазматической сети (от греч. soma —тельце, частица), чаще всего объединеныв полисомы.
Органеллы биосинтеза белка(трансляции).Эндоплазматическая сеть (эндоплазматический ретикулум — ЭС, ЭР) (от лат.reticulum — сеть) пронизывает цитоплазму в виде разветвленной мембранной системы. Существует в клетке в двух формах:шероховатый ЭР (rER) — на мембранахвнешней стороны располагаются полисомы, и гладкий ЭР (sER, от англ. smooth —гладкий), без полисом. Внутренние пространства шероховатого ЭР чаще всегоплоские, и мембраны ЭР проходят параллельно через цитоплазму («двойные мембраны»); в этом случае говорят о цистернах. Типичный пример: ядерная оболочка =перинуклеарная цистерна (англ. nuclearenvelope).Диктиосомы (от греч.
diktyon — сеть) —мелкие стопки свободных от рибосом циРис. 2.6. Ультраструктура растительной клетки.А — зародышевая клетка клеточная стенка сосрединной пластинкой и плазмодесмами, в цитоплазме две диктиосомы, гладкий и шероховатый ЭР, рибосомы и полисомы, различныепузырьки (в том числе и coated vesicles) и липидные тельца (олеосомы) Под клеточной мембраной местами микротрубочки, в продольноми поперечном сечении, вакуоли; в расположенном в центре клеточном ядре ядрышко и плотный хроматин; две пропластиды (с пластоглобулами и крахмалом) и митохондрия (с кристами) Органеллы содержат собственную ДНК; неплазматические компоненты показаны белым(см.
бокс 2 3) В — фрагмент среза клетки ткани (например, клетки листа) с сильно увеличенной вакуолью Разросшаяся первичная стенка(саккодерма), возле углов клеток межклеточныепространства — межклетники (показаны точками), в цитоплазме рядом с митохондрией, шероховатым ЭР и олеосомами — пероксисома скристаллом каталазы, а также хлоропласт с тилакоидами, пластоглобулами и крахмальнымзерном. CV — везикулы (coated vesicles); D —диктиосомы, ER — эндоплазматическии ретикулум (ЭР), S — крахмал, V — вакуоль2.2. Растительная клетка |стерн (цистерны Гольджи), которые получают материал от шероховатого ЭР п>~тем притока мелких пузырьков, перерабатывают его в секреты (например, материал клеточной стенки) и через пузырькиГольджи доставляют к клеточной мембра-83не; там происходит выделение секретовнаружу (экзоцитоз)Диктиосомы являются элементамиаппарата Гольджи.
названного в честьК. Гольджи, открывшего органеллы биосинтеза белка.Рис. 2.7. Электронная микрофотография растительной клетки (ультратонкий срез, клетка паренхимы флоэмы фасоли Phaseolus vulgaris) (препарат и электронная микрофотосъемка Н Falk)Видны особенности молодой клетки, где идет активный обмен веществ (многочисленные мелкиевакуоли, в цитоплазме много рибосом/полисом), однако, с другой стороны, здесь имеются хлоропласта, митохондрии и пероксисомы Ядрышко находится вне плоскости среза, стрелками в видетреугольников показаны ядерные поры Стрелка — плазмодесмы в поперечном сечении По соседству с диктиосомами четыре мембранных пузырька В центре ядра преимущественно рыхлыйэухроматин, у ядерной оболочки местами плотный гетерохроматин, СР — хлоропласта, М — митохондрии; Р — пероксисома, остальные обозначения, как на рис 2 684| ГЛАВА 2. СТРОЕНИЕ И УЛЬТРАСТРУКТУРА КЛЕТКИ-^>v*.л'Ч&1,2 2 Растительная клетка J85Рис.
2.8. Электронная микрофотография эмбриональной растительной клетки из апекса вегетативного побега цветной капусты (препарат получен путем замораживания скалывания) (препарат иэлектронная микрофотосъемка К A Platt-Aloia и WW Thomson с любезного разрешения J ElectronМюг Techn John Wiley & Sons N Y)Разлом замороженных клеток происходит местами вдоль мембран, которые проходят примернопараллельно плоскости скалывания такие мембраны оказываются здесь в рассматриваемой плоскости Здесь это имеет место в случае оболочки обоих ядер N с многочисленными ядерными порами Митохондрии М и пропластиды РР частично расколоты частично видны как пластичный рельефТакже клеточные мембраны (плазматическая мембрана РМ) и тонопластные мембраны вакуолейместами представлены на поперечном сломе (срезе) в других местах по ним проходит слом Крометого видны цистерны эндоплазматического ретикулума ER атакжедиктиосомаО В клеточной стенкеW местами различимы целлюлозные фибриллы (стрелки)С помощью ультрацентрифуги можно получить однородные фракции внутриклеточных частиц для биохимических или аналитических исследований (рис А) От сохранения клеточных структур при этом конечноприходится отказаться Более крупные маесы однородных клеток с максимальнымипредосторожностями помещают в соответствующие среды для выделения и измельчают, например с помощью миксера путемрастирания или > тьтразвуком Возникающийпри этом гомогенат в идеальном случае больше не содержит целых клеток, однако ещемогут сохраняться неповрежденные ядра,пластиды, митохондрии и i д Отдельныекомпоненты клеток можно теперь различнымобразом отдедить от гомогенатаПри дифференциальном центрифугировании гомогенат посдедовательно центрифугируют при разном чисте оборотов (100 —50 000 об/мин при большом чис!е оборотовускорение может бодее чем в 100 000 раз превышать g — ускорение свободного паденияна Земле) Фракционирование в этом случаеосуществляется в основном по массе иди размеру частиц Сначала при малых оборотах (соответственно примерно 103 g в течениеРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
