Билет 11 (жгут, центриоли) (Текстовые ответы на билеты)

Возможно не удалось распознать кодировку файла

Билет 11.

Строение жгутиков бактерий

Жгутики бактерий — это длинные гибкие нитевидные, выросты, исходящие из тела бактерии. Они могут быть одиночными, или же пучки их находятся на одном или на обоих полюсах клетки. Жгутики могут покрывать всю доверхность клетки, так что бактерия выглядит во­лосатой1 (рис. 2.1). Характер расположения жгутиков относится к генетически стабильным свойствам, по нему жгутиковых бактерий делят на eubacteriales (с беспоря­дочным распределением жгутиков) и pseudomonadales (жгутики располагаются на полюсах клетки).

Из-за малого диаметра (120—250 нм) жгутики очень трудно разглядеть с помощью обычных методов свето­вой микроскопии. Однако можно применить некоторые специальные приемы. Так, например, жгутики можно окрасить раствором, содержащим осаждающийся реа­гент, например танин; танин откладывается на поверхности каждого жгутика, увеличивая его диаметр, что позволяет наблюдать жгутики в обычном световом мик­роскопе. Особенно хорош метод темного поля; при этом жгутики четко видны как светлые линии на черном фо­не. В этих условиях жгутики выглядят тонкими нитями, длина которых обычно превышает длину клетки, из ко­торой они исходят. В ранних работах подвижность час­то изучали на родобактериях chromonatium orenil. Бы­ло показано, что на. одном из полюсов этой большой (9—15 мкм) клетки находится группа из приблизитель­но 40 жгутиков длиной около 25 мкм каждый. Хорошо известная кишечная бактерия Е. coli имеет, как прави­ло, 6 жгутиков, каждый из которых в 2—3 раза длиннее самой клетки.

Рис. 2.1. Распределение жгутиков у бактерий: а — бактерия с одним жгутиком (вверху) и с пучком жгутиков, отходящих от одного из полюсов клетки (внизу); б — бактерия со многими жгутиками, рас­пределенными по всей поверхности клетки.

В микроскоп видна еще одна важная морфологичес­кая черта жгутиков, а именно их форма. Жгутики всег­да волнообразно или спиралевидно изогнуты, что харак­терно для всех штаммов бактерий, причем жгутики от­ходят от тела клетки под самыми разными углами, по-видимому, без всякой закономерности.

Более точные данные о морфологии жгутиков могут быть получены методом электронной микроскопии.

Прежде все­го удалось различить три самостоятельные субструкту­ры: филамент (тело жгутика), крюк и базальное тело. Филамент и крюк находятся снаружи от клеточной обо­лочки, а базальное тело соединяет их с клеткой. В нор­ме у Е. coli филамент имеет диаметр 20 нм и волнооб­разную форму (длина волны 2,3 мкм), однако получены мутанты с совершенно другими свойствами (рис. 2.2). Существуют, например, прямые мутанты, жгутики ко­торых практически лишены извивов и извилистые мутан­ты с устойчивым признаком сильно выраженной волно­образное жгутика (длина волны 1,1 мкм) [72]. Было обнаружено, что переход от жгутиков с нормальным ша­гом суперспирали (2,3 мкм) к извилистой форме (1,1 мкм) происходит также и в обычных условиях — в

процессе движения бактерии; такой переход, как будет показано ниже, играет особую роль в плавательных дви­жениях бактерии.

Крюк — это структура, находящаяся в основании филамента, обычно он изогнут углом или плавно. Наруж­ный диаметр крюка несколько превышает диаметр фила-Мента; общая длина его —около 900 нм. Функция крю­ка еще не вполне понятна, хотя можно предполагать, что он играет роль гибкого сочленения, обеспечивая эффективную передачу движения от базального тела к филаменту и одновременно придавая структуре филамента устойчивость по отношению к изменениям в окру­жающей среде

Базальное тело — это сложная структура, ответ­ственная не только за прикрепление жгутика к бактери­альной клетке, но также и за создание движения. Иссле­дование его ультраструктуры (рис. 2.3) показало, что у грамотрицательных бактерий (т. е. у бактерий, которые имеют наружную липополисахаридную мембрану и слой пептидогликанов внутри клеточной стенки) в базальном теле есть четыре кольца, почти одинаковых по диамет­ру. Самое нижнее, или кольцо М , прикреп­лено к цитоплазматической мембране и из него выходит стержень жгутика. Кольцо 5 располо­жено как раз над цитоплазматической мембраной и, по-видимому, не соединено ни с какими другими клеточными структурами. Остальные два кольца, Р погружены в соответствующие слои клеточ­ной ст,енки; они фиксируют стержень, проходящий сквозь бактериальную стенку. У грамположительных бактерий (например, В. subtilis базальное тело имеет сходную структуру, но несколько упрощенную по сравнению с грамотрицательными бактериями. В нем имеется только одна пара колец, расположенных у основания стержня и, по-видимому, аналогичных кольцам 3 и М у Е. col обозначают соответственно теми же буквами (рис. 2.4). У В. subtilis кольцо М находится в цитоплазматической, мембране, а кольцо 3 прикреплено к внутренней части пептидогликанного слоя, где оно, вероятно, контактиру­ет с молекулами тейхоевых кислот (тейхоевые кислоты входят в состав однословной клеточной стенки грампо-ложительных бактерий). Колец, фиксирующих положе­ние стержня в клеточной стенке, не обнаружено.

Поскольку, исследования ультраструктуры показали, что структура базального тела у грамположительных и грамотрицательных бактерий в принципе одна и та же и что у тех и других есть кольца 3 и М, можно предпо­лагать, что одно из этих колец или они оба участвуют в генерации движения. Полученные в последнее время данные, позволили лучше понять связь между структу­рой жгутика и движением и, похоже, указывают на то, что именно кольцо М ответственно за генерацию дви­жения.

С химической точки зрения филамент жгутика по­строен из идентичных субъединиц, состоящих из един­ственного белка — флагеллина; Этот белок легко отде­лить от структуры базальное тело —крюк, снизив рН или повысив температуру среды с интактными жгутика­ми до 60°С [3]. Флагеллиновые субъединицы способны ассоциировать vitro с образованием филаментов, весьма сходных с теми, которые наблюдаются vitro. Химическая структура флагеллина специфична для каж­дого штамма бактерий, и антитела, выработанные про­тив" одного бактериального штамма, не дают реакции преципитации с флагеллином из других штаммов; это позволяет использовать антигенные свойства жгутиков для классификации бактерий.

Центриоли и кинетохоры

Наиболее же часто кроме матрикса в состав клеточного центра входят центриоли, как мелкие тельца, с трудом наблюдаемые в световом микроскопе.

Тонкое строение центриолей удалось изучить только с помощью электронного микроскопа. Основу строения центриолей составляют расположенные по окружности девять триплетов микротрубочек, образующие таким образом полый цилиндр (рис. 279). Его ширина около 0, 15 мкм, а длина такого цилиндра 0,3-0,5 мкм (хотя встречаются центриоли, достигающие в длину несколько микрон) (рис. 280).

Первая микротрубочка триплета (А-микротрубочка) имеет диаметр около 25 нм и толщину стенки 5 нм, которая состоит из 13 глобулярных субъединиц. Длина каждого триплета равна длине центриоли. Вторая и третья (В и С) микротрубочки отличаются от А-микротрубочки тем, что они являются неполными, содержат 11 субъединиц и вплотную примыкают к своим соседям. Каждый триплет располагается к радиусу такого цилиндра под углом около 400. Кроме микротрубочек в состав центриоли входит ряд дополнительных структур. От А-микротрубочки отходят так называемые “ручки”, выросты, один из которых (внешний) направлен к С- микротрубочке соседнего триплета, а другой (внутренний) – к центру цилиндра.

Обычно в интерфазных клетках всегда присутствуют две центриоли, располагающиеся рядом друг с другом, образуя дуплет центриолей, или диплосому (рис. 281). В диплосоме центриоли располагаются под прямым углом по отношению друг к другу. Из двух центриолей различают “материнскую” и “дочернюю”, продольная ось последней перпендикулярна продольной оси материнской центриоли. Обе центриоли сближены своими концами так, что проксимальный конец дочерней центриоли как бы смотрит на поверхность материнской. В дистальном участке материнской центриоли располагается аморфный материал в виде выростов или шпор – это придатки. Их нет на дочерней центриоли (рис. ).

Дочерняя центриоль несколько отличается от материнской. Центральная часть цилиндра центриоли занята структурой, напоминающей тележное колесо; она имеет центральную “втулку” диаметром около 25 нм и 9 спиц, направленных по одной к А-микротрубочке каждого из триплетов. Такие структуры внутри центриоли расположены в одном из её концов, проксимальном, что делает строение цилиндра центриоли полярным. На дистальном конце центриоли внутри её нет таких структур. Объем, занимаемый внутри центриоли втулкой со спицами, может составлять у разных клеток от 3\4 до 1\5 длины центриоли. У некоторых видов втулка отсутствует или заменена скоплением аморфного материала. Торцы центриолярного цилиндра, кроме системы втулки и спиц на проксимальном конце, ничем не закрыты.

Систему микротрубочек центриоли обычно описывают формулой 9 + 0, или (9х3) + 0, подчеркивая отсутствие микротрубочек в её центральной части.

Вокруг каждой центриоли расположен бесструктурный, или тонковолокнистый матрикс. Сами микротрубочки триплетов погружены в аморфный материал т.н. муфты или оправы. Если выделенные центриоли обработать 0,6М раствором nacl, то произойдет полная экстракция микротрубочек, но центриоль как таковая не растворится: вместо нее останется цилиндрическая структура, имеющая девять полых отверстий, некогда занимавшихся триплетами микротрубочек. Поэтому все схемы центриолей в этой книге, как и во многих других значительно упрощены и не включают материал муфты центриолярного цилиндра.

Часто около центриолей и в связи с ним можно обнаружить несколько дополнительных структур: сателлиты, фокусы схождения микротрубочек, исчерченные волокнистые корешки, дополнительные микротрубочки, образующие особую зону – центросферу вокруг центриоли (рис. 282).Химия центриолей изучена слабо, потому что еще не разработаны методы получения этой структуры в виде чистой фракции. Трудности биохимического изучения центриолей связаны с тем, что это одиночная клеточная структура, имеющая объем всего 0, 03 мкм3. Для сравнения, вспомним, что в клетке имеется: около тысячи штук митохондрий, около миллиона рибосом, около сотни хромосом, около 1 мм2 мембран.