П. Зитте, Э.В. Вайлер, Й.В. Кадерайт, А. Брезински, К. Кернер - Ботаника. Учебник для вузов. Том 1. Клеточная биология. Анатомия. Морфология (1134214), страница 25
Текст из файла (страница 25)
10 — уArabidopsis), продукты которых не полностьюидентичны. Речь идет об изотипах, или изовариантах. В клетках, не относящихся к мышцам,обычно синтезируется -у-изотип актина.Молекулярный компонент микротрубочек (рис. 2.12) — димерная единица из двухсходных, но не идентичных белков: а- и(З-тубулина («гетеродимер»). Гетеродимерытубулина (100 кДа) показывают при наличии ГТФ и в отсутствие ионов кальциясильно выраженную тенденцию к агрегации.
Типичная структура их самосборки —микротрубочка (microtubulus; лат. tubulus —трубочка). Стенка микротрубочки состоитв целом из 13 продольных рядов (протофиламентов) из одинаково ориентированных тубулиновых гетеродимеров. ВнешнийРис. 2.10. Цитоскелет в растительных клетках (препараты и фотография: A—F — D. Menzel: G, Н —H.Quader; I, К— M.Braun и A. Sievers):A—F — образование цист у дазикладовой водоросли Acetabularia cliftoni (ср.
рис. 11.92). А, В —переход вторичных ядер в клетку «зонтика» водоросли и начинающееся формирование цист путемсвободного образования клеток (см. 2.2.3.6); С, D — микротрубочки становятся видимыми благодаря применению непрямой иммунофлуоресценции; в середине картины во всех случаях клеточноеядро (С — х350; D — х235); Е, F — соответствующая локализация актиновых микрофиламентов приобразовании цист; при более сильном увеличении (F) видны отдельные нити (Е — 60х; F — 235х);G — актиновые микрофиламенты в клетках эпидермиса чешуи лука (в середине клеточное ядро),видимые при применении флуоресцентной микроскопии благодаря образованию комплекса с фаллоидином — компонентом токсина гриба бледной поганки.
Циклический полипептид фаллоидин свысокой специфичностью присоединяется к актину; он связывается с красителем родамином, который в ультрафиолетовом свете дает красное свечение; Н — разрушение микрофиламентов цитохалазином (G. Н — 400х); I, К — актиновые микрофиламенты в ризоидах харовой водоросли Charaglobularis (ср. рис. 11.106) после флуоресцентной окраски родаминфаллоидином, позади кончикаризоида микрофиламенты сетевидные, в базальной зоне — в виде более густых пучков (1 ОООх)92ГЛАВА 2 СТРОЕНИЕ И УЛЬТРАСТРУКТУРА КЛЕТКИРис. 2.12. Тубулин и микротрубочки (электронная микрофотосъемка В — I Dorr, С — N Falk)А — гетеродимеры из глобулярного а- и |3-тубулина (показаны соответственно темным исветлым, каждый примерно 50 кДа 4 нм в диаметре) организованы в продольные ряды —протофиламенты, 13протофиламентов образуют полую цилиндрическую микротрубочку Гетеродимеры соседних протофиламентов приэтом слабо сдвинуты друг относительно другатак что возникает плоская спиральная структура У так называемой каймы (на схеме спереди) единицы тубулина располагаются не так, какв остальных местах (а-единица рядом с а-единицей р-единица рядом с (5-единицей), а аединица находится рядом с р-единицей, В —микротрубочки банана Musa paradisiaca в негативном контрасте, С — поперечный разрез микротрубочки препрофазного пучка (см рис 2 23В) в зародышевой клетке корневого чехликалука, местами различимы 13 протофиламентовдиаметр третичной структуры микротрубочки составляет порядка 25 нм, тогда какдиаметр микрофиламента актина — только 6 нм Поэтому микротрубочки — сравнительно жесткие вытянутые образованияВ случае чрезмерных изгибов (чего, правда, в нормальной клетке не происходит)они ломаютсяМолекулярные структуры а- и (3-тубулина очень сходны, хотя последовательности аминокислот совпадают только на40 % К удивлению, можно установить ихгомологию с белком клеточного леченияFtsZ у бактерий Каждая молекула тубулина обладает местом связывания с ГДФ/ГТФ Свободные гетеродимеры тубулина,в изобилии встречающиеся в большинствеклеток, связывают ГТФ, а после агрегации — ГДФ, что соответствует аналогичным взаимоотношениям в случае G-/Fактина относительно соединения АТФ/АДФМеста образования «затравки» для микротрубочек в клетке называют центрамиорганизации микротрубочек, или ЦОМТ(англ.
microtubuli organizing center, МТОС)В качестве таковых выступают прежде всегобазальные тельца жгутиков, они соответствуют центриолям (см 2 2 2 3), а те и другие — полярным областям веретена ядерного деления (бокс 2 2) и, кроме того,определенным участкам мембран Как имикрофиламенты, каждая микротрубочкаобладает плюс- и минус-концом, что выражается в одинаковой ориентации тубутиновых гетеродимеров по всей длинекаждой микротрубочки Однако в противоположность микрофиламентам у микротрубочек минус-конец прикрепляется кЦОМТ, а плюс-конец отходит оттуда всторону Места образования новых микротрубочек на ЦОМТ, имеющие форму коротких левоврашающих спиралей (местаобразования «затравки»), состоят из нескольких специфических белков и содержат третий изотип тубулина — у-тубулинПоследний взаимодействует с (3-тубулином Минус-конец микротрубочек являетсяих р-концом, тогда как плюс-конец соответствует ос-концу У высших растений утубулин ассоциирован не только с местами нуклеации, так называемыми кольце-2.2.
Растительная клетка |выми комплексами у-тубулина; скорее онвстречается вдоль целых микротрубочек,а также на эндомембранах.Скорость и масштаб удлинения микротрубочек зависят не только от наличиятубулиновых димеров и ГТФ, но и от рядадругих факторов и могут ими регулироваться. Так, агрегация тубулина происходит только при концентрациях кальция<10~7 М. В живой клетке важную роль играют различные белковые факторы. Они всовокупности обозначаются как ассоциированные с микротрубочками белки(microtubuli associated proteins, MAP). (Внимание! Аббревиатура MAP часто применяется также для «активирующих митозбелков — mitosis activating proteins»; недоразумений можно избежать только учитывая контекст.) Имеется два класса такихб е л к о в : т - ф а к т о р ( т а у - ф а к т о р , 55 —65 кДа), который встраивается в микротрубочки, и высокомолекулярные MAP(250 — 350 кДа), которые обычно отходятот микротрубочек как боковые «руки» длиной до 30 нм и могут функционироватькак мостики между ними и, например,мембранами.
Некоторые из высокомолекулярных MAP — ферменты: они могут,93например, фосфорилировать белки или являются АТФазами, из них важнейшие —динеин и кинезин (см. следующий раздел).Как и в случае микрофиламентов, на сборкуи разборку микротрубочек могут влиять в эксперименте специфические вещества. Давно известен колхицин — алкалоид безвременникаосеннего (Colchicum autumnale).
Он присоединяется к (3-тубулину свободных тубулиновыхгетеродимеров и блокирует их встраивание вмикротрубочки. В настоящее время для экспериментальной разборки микротрубочек применяются более сильно и специфично действующие гербициды — оризалин и амипрофосметил (АПМ). Противоположное действие оказывает таксол — алкалоид тиса (Taxus; см. рис.6.123). Он стабилизирует микротрубочки и стимулирует агрегацию свободных гетеродимеров.Стабильность микротрубочек одной и тойже клетки зачастую не одинакова: различают«стабильные» и «лабильные* микротрубочки.Под воздействием колхицина дезинтеграцииподвергаются лабильные (например, микротрубочки веретена ядерного деления), но не стабильные (в жгутиках) микротрубочки.
Микротрубочки жгутиков сохраняются даже при низких температурах и фиксации тетроксидом (четырехокисью) осмия, тогда как лабильныемикротрубочки исчезают в обоих случаях. Широкое распространение микротрубочек лабиль-Рис. 2.13. Изменения расположения микротрубочек перед началом митоза в клетках корневой меристемы (по М.С.
Ledbetter):А — интерфаза, В — образование препрофазного пучка перед вступлением в профазу, его положение определяют последующий экватор и плоскость деления клетки, С — поздняя профаза94| ГЛАВА 2. СТРОЕНИЕ И УЛЬТРАСТРУКТУРА КЛЕТКИного типа удалось установить только после внедрения в практику электронной микроскопиификсации глутаральдегидом. В основе различной стабильности микротрубочек лежит, возможно, существование различных изотипов тубулина (у Arabidopsis, например, известны девять а-тубулинов и шесть р-тубулинов) и/илиспецифические сопутствующие белки.Во многих клетках встречаются комплексные структурные образования из микротрубочек — иногда они временные, дляограниченных во времени функций, в других случаях это длительно существующиеобразования.Наиболее известный пример такихфункциональных структур — веретено деления ядра (см. бокс 2.2). Однако не только при митозе, но и во время других фазклеточного цикла в клетках высших растений часто возникают характерные группировки микротрубочек — цикл микротрубочек (рис.
2.13). В интерфазе микротрубочки преимущественно локализованы непосредственно под клеточной мембранойв кортикальной цитоплазме. Они играюттам важную роль при образовании клеточной стенки (ориентация целлюлозныхмикрофибрилл; локальное отхождениеклеточной мембраны от клеточной стенки для ограниченных в пространстве вторичных образований стенки, как при дифференцировке спиральных сосудов в ксилеме; ср. рис. 2.74, С; 3.24, Е) и при морфогенетических процессах.Хорошо выраженные стабильные микротрубочки распространены у лишенных покровов протистов и сперматозоидов, где они связаны с выработкой характерных жестких клеточных форм и/или закреплением жгутикового аппарата.В клетках позвоночных животных наряду сактиновыми и миозиновыми нитями и микротрубочками встречаются также другие элементы цитоскелета в виде нитей диаметромпорядка 10 нм.
Таким образом, по размеру онинаходятся между микротрубочками (25 нм) имикрофиламентами (6 нм) и поэтому получили название промежуточные филаменты(intermediate filaments — IF = 10-нм-филаменты). К тому же в цитоплазме млекопитающихIF часто образуют вытянутые в длину, плотные волокнистые структуры.
Они отличаютсятем, что нерастворимы — за исключением концентрированного раствора мочевины. Промежуточные филаменты представляют собой пучки вытянутых в длину белковых молекул. К настоящему времени известно 6 подсемейств;примерно 40 различных IF-белков гомологичны по своим последовательностям. (Сюда относятся также ламины — белки ядерной пластинки; см. 2.2.3.4.) На основании данных попоследовательностям ДНК гены IF-белков выявлены и у низших животных. Растительныеклетки также содержат белки, которые взаимодействуют с антителами к lF-белкам животных. Для некоторых из этих белков установлена сильно выраженная тенденция к агрегациисо структурами типа промежуточных филаментов.2.2.2.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
