Находятся ли рибосомы в ядре? 7 фактов, которые вы должны знать —

By Сугапрабха Прасат

Рибосомы — это машина по производству белка, подобная органелле, которая присутствует в клетке. Давайте теперь обсудим больше о преобладании рибосом внутри клетки.

Рибосомы не находятся в основном в ядре, но ядро ​​​​является местом, где производятся рибосомы. Ядро — важная органелла, содержащая всю генетическую или наследственную информацию и материалы. Ядро как сердце клетки

Компания ядро состоит из нескольких компонентов, ядрышко, ядерная мембрана, хроматин, хромосомы

и многое другое. Ядрышко – это производитель рибосомных частей.

Рибосомы производится внутри ядрышка который присутствует в ядерной мембране, а затем вскоре транспортируется в цитоплазму и другие органеллы.

Находятся ли рибосомы в ядрышках?

Ядрышко — самая большая органелла внутри ядерной органеллы, которая находится внутри ядерной мембраны. Давайте узнаем больше об этом.

Рибосомы находятся в ядрышках. Точнее, частично да. Ядрышко — это органелла внутри ядерной мембраны, где образуются или производятся рибосомы. Рибосомы не остаются там, а образуются и транспортируются в цитоплазму.

Мы готовы знаю, что рибосомный Структура имеют 2 субъединицы. Это малая субъединица рибосомы, известная как малая субъединица, и большая субъединица рибосомы, известная как большая субъединица.

  • Компания прокариотические рибосомы имеют 70s рибосомы (С-Сведберг).
  • Компания эукариотические рибосомы имеют 80S рибосомы (С-Сведберг).
  • Прокариотические рибосомы представляют собой 50S и 30S что за комплекс 70S
  • Эукариотические рибосомы являются 60S и 40S который представляет собой комплекс 80S.

Какие типы рибосом имеются в клетке?

Рибосомы бывают разных типов в зависимости от механизма их работы. Давайте иметь четкое представление о каждой рибосомы.

  • Бактериальные рибосомы: Рибосомы, обнаруженные в бактериальных клетках, имеют коэффициент седиментации 70С.
  • Митохондриальная рибосома: Имеются митохондриальные рибосомы, называемые миторибосомы, Есть несколько типов миторибосом, такие как миторибосомы 73S у грибов, миторибосомы 78S у растений (например, кукурузы) и миторибосомы 60S у млекопитающих. Обычно миторибосомы обозначаются как 70S..
  • Пластидиальная рибосома: Пластидиальные рибосомы или пластидорибосомы рибосомы находятся в хлоропластах. Растения с более высоким уровнем пластидорибосом имеют 70S.
  • Ядерная рибосома: Ядро содержит рибонуклеопротеиновые частицы, называемые ядерными рибосомами. Ядрышковая рибосома представляет собой рибонуклеопротеидная частица диаметром 150-200* находится в ядрышках.
  • Цитоплазматическая рибосома: Цитоплазма содержит крупные рибосомальные частицы называются цитоплазматическими рибосомами.

Расскажите подробнее о функциях рибосом в клетке:

Каждый организм нуждается в белке для своего функционирования, рибосомы помогают в производстве этого белка. Ниже мы можем найти различные функции рибосом.

  • Рибосомы ответственный за синтез белка (трансляция-процесс синтеза белков). 
  • Рибосомы – это участки биологического белка синтез во всех живых клетках.
  • Рибосомы также действуют как транспортеры of синтезированные белки.
  •  Цитоплазма содержит свободные рибосомы которые синтезируют белки необходимы для образования протоплазмы.
  • В разделе биохимический процесс переноса пептида и гидролиз пептида, катализатором или веществом, ускоряющим процесс, являются рибосомы органеллы.
  • Аминокислотные цепи или множественная пептидная цепь, называемая полипептидная цепь защищена против ферменты который использует белки, называемые протеазами или протеолитическими ферментами, поскольку они проходят через последовательность большой субъединицы рибосомы.

Объяснение химического состава рибосом:

Каждая молекула состоит из уникальных химических сегментов, которые отличают ее от других химических молекул. Давайте обсудим различные химический состав каждой рибосомы.

Рибосомы состоят из рибосомная РНК которые представлены в виде рРНК, а вторым компонентом является рибосомальный белок. 60 % рибосом состоят из рибосомной РНК или рРНК, а 40 % рибосом — из рибосомных белков.

Прокариотические рибосомы:

Компания прокариотические рибосомы или рибосомы 70S имеют три типа рРНК и они 23S рРНК, 16S рРНК, 5S рРНК который имеет около 3300 нуклеотидов, 1650 нуклеотидов, 120 нуклеотидов соответственно.

Эукариотические рибосомы:

Компания эукариотические рибосомы или рибосомы 80S состоит из четырех типов рРНК и они 28S рРНК, 18S рРНК, 5.8S рРНК, 5S рРНК который имеет 4700 нуклеотидов, 1900 нуклеотидов, 160 нуклеотидов, 120 нуклеотидов соответственно.

Строение рибосом в ядре:

Для лучшего понимания структуру рибосом можно представить в виде сэндвича. Теперь мы можем взглянуть на структуру с диаграммой.

  • Рибосома представляет собой сплюснутая сфероидальная структура и самая распространенная органелла в клетке.
  • Примерно 250 Å диаметр каждой рибосомы.
  • Согласно текущим исследованиям, каждая рибосома пористый, влажный, богатый, состоит из двух неравных субъединиц, один побольше и один поменьше. 
  • Есть две субъединицы. Чем больше куполообразная или чашеобразная (140-160*), в то время как меньший имеет сплющенно-эллипсоидальную форму (90-110 Å).
  • Компания малая субъединица расположена над большой субъединицей и составляет примерно половину размера большей субъединицы.
Структура рибосом
Изображение кредита: Википедия
  • Существуют две субъединицы в рибосоме 70S, 50С и 30С. 
  • Для сравнения, молекулярная масса большего Подблок 50S составляет около 1.8 * 106 Дальтон., в то время как меньший Субъединица 30S составляет около 0.9 × 106 Дальтон.. 
  • В противоположность этому, 80S рибосома также содержит две субъединицы, 60С и 40С.
  • Молекулярная масса: субъединица 60S составляет 1.5-1.8*106 Дальтон
  • Молекулярная масса: субъединица 40S составляет 3-3.5*106 Дальтон.

Образует ли ядро ​​рибосомы?

We знать, что ядро в нем есть ядрышко. Здесь мы обсудим больше о производстве рибосом.

Ядра не производят рибосомы, а ядрышки производят! Хотя внутри ядра находится ядрышко, мы не можем сказать, что рибосомы производятся ядром. Ядрышки образуют рибосомы и являются местом синтеза рибосом..

Ядро представляет собой крупную органеллу выполняет бесконечные приоритетные задачи. В случае ядрышка их единственная функция состоит в том, чтобы производить рибосомы, и поэтому говорят, что ядрышко производит рибосомы, а не ядро.

Ядро представляет собой сложная органелла с множественная функция, как уже упоминалось, они подобны сердцу клетки. Наличие рибосом только в процессе их производства и конечно, они производятся в ядрышке.

Объясните количество рибосом?

Рибосомы в клетке бесконечны. Давайте обсудим количество рибосом.

Говорят, что в E.coli, который представляет собой одноклеточный организм, а в случае клеток млекопитающих существует вероятность того, что присутствует примерно около 10 миллионов рибосом, поэтому количество рибосом бесчисленно.

E. coli, который является самая маленькая ячейка среди всех клеток имеет такое большое количество рибосом, поэтому, когда речь идет о клетках других организмов, таких как плазма, клетки печени, нервные клетки, а также клетки дрожжей, их счет бесконечен.

Где и как образуются рибосомы?

Рибосомы бывают двух форм, и давайте более подробно рассмотрим их возникновение и доступность.

  • Мы можем наблюдать рибосомы в клетках как прокариот, так и эукариот.
  • Рибосомы часто встречаются свободно рассеяны в цитоплазме прокариотических клеток. 
  • Рибосома либо свободно плавающие в цитоплазматическом пространстве как в организмах, таких как дрожжевые клетки, меристематические ткани растений, лимфоциты, эмбриональные нервные клетки и т. д.
  • Рибосомы также будут прикреплены к наружный слой эндоплазматического ретикулума мембрана и ядро мембраноподобные клетки поджелудочной железы, серозные клетки, плазматические клетки, тельца Ниссля, паренхиматозные клетки печени.
  • Функциональные рибосомы (те, на которых осуществляется активный синтез белка) прикрепляются к мембранам эндоплазматического ретикулума и другие органеллы.
  • Свободная рибосома это рибосома не спаяны с эндоплазматическим ретикулумом или любые другие органеллы, и они свободно плавают.
  •  Рибосомы свободно плавающие структуры в клетке которые синтезируют белки которые необходимы для внутриклеточного использования и хранения.
Вывод:

Статья «Найдены ли рибосомы в ядре?» 9 Факты, которые вы должны знать» подробно рассказывает о ядре органеллы и наличии в нем рибосом.. Это также объясняет тип и субъединицу рибосом с их возникновением, функцией и химическим составом.

Размер имеет значение

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Функционирование любого компонента живой клетки контролируется обширной и сложной регуляторной сетью. Не является исключением и ядрышко. Однако механизмы, приводящие к его гипертрофии, были плохо изучены до недавнего времени. Исследование на данную тему представила группа учёных из США и Канады: им удалось выяснить, какие гены влияют на изменение размеров ядрышка.

Эта статья представлена на конкурс научно-популярных работ «био/мол/текст»-2013 в номинации «Лучшее новостное сообщение».

Спонсор конкурса — дальновидная компания Thermo Fisher Scientific. Спонсор приза зрительских симпатий — фирма Helicon.

Что такое ядрышко

Ядрышко — это небольшой субкомпартмент, расположенный в ядре клетки, который осуществляет транскрипцию и процессинг рРНК, а также сборку рибосом. Важность роли, исполняемой ядрышком, можно осознать, обратившись к следующему примеру: активно растущие клетки млекопитающих содержат от 5 до 10 миллионов рибосом каждая, и они должны быть синтезированы всякий раз, как клетка делится [1].

Ядрышки расположены вокруг особых регионов хромосом, гены которых кодируют различные по длине и массе рРНК (5,8S, 18S и 28S рРНК). Эти участки хромосом, пространственно ассоциированные с ядрышком, называют ядрышковыми организаторами. Каждый ядрышковый организатор представляет собой кластер тандемно повторяющихся генов рРНК. Сосредоточенность таких генов в определённом месте ядра, а также интенсивность их транскрипции, обусловливает характерную морфологию ядрышка [2]. ДНК, кодирующую различные варианты рибосомальной РНК, принято называть рДНК. Стоить отметить, что 5,8S, 18S и 28S рРНК транскрибируются в виде единого длинного предшественника, который затем подвергается «разрезанию» на более мелкие (уже функциональные) молекулы, из которых в дальнейшем и собираются сами рибосомы. Реакция эта катализируется ферментом РНК-полимеразой I. 5S же рРНК транскрибируется за пределами ядрышка, а реакция катализируется другим ферментом — РНК-полимеразой III [1].

Однако ядрышко — это не просто транскрибирующаяся рРНК; это рибонуклеопротеиновая частица. Проще говоря, в его состав входят как РНК, так и белок. В структуре ядрышка можно выделить три основные части: гранулярный компонент — это созревающие субъединицы рибосом; фибриллярный компонент — здесь происходит инициация процессинга рРНК; и плотный фибриллярный компонент, где и происходит транскрипция рРНК.

То, что ядрышко способно варьировать в размерах, было известно достаточно давно. К примеру, оно увеличивается в быстрорастущих клетках дрожжей. Что более интересно, гипертрофия ядрышка наблюдается и в раковых клетках человека — это стало одним из основных признаков, характеризующих злокачественную опухоль [3].

Но наблюдаемый размер ядрышка — это лишь вершина айсберга; на деле он прямо зависит от концентрации пре-рРНК в клетке, которая, в свою очередь, положительно коррелирует с активностью РНК-полимеразы I. Синтез рРНК требует больших затрат энергии, и когда клетка испытывает недостаток питания, транскрипция генов рДНК тормозится, и ядрышко уменьшается в размерах. Напротив, в благоприятных условиях клетка начинает активный синтез белка, готовясь к последующему делению, и ей требуется большее число рибосом [4]. Из-за этого она усиливает продукцию рРНК, и ядрышко увеличивает размер. Если мы хотим ответить на вопрос «что влияет на размер ядрышка?», нам стоит понять, что же контролирует активность полимеразы I.

Механизмы регуляции размеров ядрышка

Этим же вопросом задались и биологи из США и Канады, и, чтобы ответить на него, они провели ряд экспериментов. В качестве модельных организмов учёные использовали дрожжи и дрозофилу. Методики исследования для каждого объекта были индивидуальны. Так, для дрожжей была создана генно-инженерная линия, отличная от дикого типа по множеству генов. Гены, не являющиеся жизненно важными, содержали делеции — т.е. они были нерабочими. Жизненно важные же гены состояли из температурно-чувствительных аллелей, и при повышении температуры функционирование их белковых продуктов нарушалось. Для дрозофилы была использована другая методика — здесь гены «глушились» путём РНК-интерференции [5], [6]. Регистрация изменений размера ядрышек производилась схожим образом: в оба организма вводились флуоресцентные белки (посредством репортерных генов), каждый из которых окрашивал цитоплазму, ядро и ядрышко в определённый цвет. Получение и обработка данных осуществлялись посредством автоматизированной конфокальной микроскопии [4].

В ходе эксперимента у дрожжей было выявлено 113 генов, мутации в которых вызывали значимые изменения фенотипа ядрышка. И целых 78 из них оказались жизненно важными! Это свидетельствует о том, что корректная регуляция активности полимеразы I крайне важна для жизнеспособности клетки. Если говорить о мухе, то у неё ответственными за изменение размеров ядрышка оказались целых 757 генов. С функциональной точки зрения, белки, кодируемые этими генами, оказались схожими у обоих видов. Более того, белки со схожими функциями, будучи «выключенными», оказывали схожее воздействие на фенотип ядрышка как у дрозофилы, так и у дрожжей (рис. 1).

Рисунок 1. Сравнение мутаций в белках дрожжей (квадраты) и дрозофилы (круги) и их воздействие на фенотип ядрышка. poly(A)+ mRNA export from the nucleus — полиаденилирование и экспорт мРНК из ядра; Histone acetyltransferase activity — ацетилирование гистонов; ER—to—Golgi vesicle—mediated transport — везикулярный транспорт из ЭПР в аппарат Гольджи; TRAMP complex — белковый комплекс, участвующий в процессинге 3′-конца рРНК.


Синим цветом обозначены белки, «выключение» которых уменьшало ядрышко; красным — увеличивало. Интенсивность цвета соответствует степени изменения размеров.
Хорошо заметно, что белки, ответственные за полиаденилирование, экспорт мРНК, ацетилирование гистонов и транспорт, в большинстве случаев вызывают уменьшение размеров ядрышка, в то время как TRAMP увеличивает его. Из этого можно сделать вывод, что TRAMP играет роль супрессора транскрипции рРНК.

К примеру, к увеличению размеров ядрышка приводили мутации в генах, ответственных за регуляцию клеточного цикла, процессинг рибосомальной и матричной РНК и репликацию ДНК. Утрата же функций белками, участвующими в таких фундаментальных процессах, как везикулярный транспорт из ЭР в Гольджи, синтез рРНК, сборка нуклеосом, регуляция транскрипции и ацетилирование гистонов, приводила к фенотипу с уменьшенным ядрышком. Основываясь на этих фактах, можно сделать вывод о том, что регуляция активности полимеразы I — высоко консервативный процесс, который регулируется функционально идентичными белками даже у эволюционно удаленных организмов.

Однако исследователей не удовлетворил этот ответ, и они решили выяснить, имеются ли видоспецифичные регуляторы ядрышкового размера. Таким кандидатом стал белковый комплекс HIR, чьи ортологи содержатся в большинстве эукариотических организмов: от дрожжей до человека. Данный комплекс участвует в целом ряде процессов: сборке нуклеосом, регуляции транскрипции, элонгации, сайленсинге генов и даже старении. Но участие этого белка в транскрипции именно рДНК ранее не было доказано, и исследователи предположили, что HIR в дрожжах обладает такой функцией, и она является видоспецифичной. Учёным удалось найти доказательства своим предположениям: мутации в генах, кодирующих субъединицы комплекса, приводили к повышению концентрации пре-РНК и увеличению ядрышка. Подобный опыт был проведён и для дрозофилы, где мишенью стал HIRA — аналог HIR. Однако в этом случае никакого влияния на размер ядрышка обнаружено не было [4]. Несмотря на высокую консервативность механизмов регуляции активности РНК-полимеразы I, за этот процесс могут быть ответственны и белковые комплексы, часть функций которых специфична для конкретного вида.

Помимо выяснения функций белков, связанных с активностью полимеразы I, учёные попытались выяснить и их внутриклеточную локализацию. Как оказалось, бóльшая часть из тех, что связана с размером ядрышка, локализована в ядре, ядрышке, эндоплазматическом ретикулуме и аппарате Гольджи (рис. 2), — значит, деятельность этих органелл связана с корректной работой РНК-полимеразы I.

Рисунок 2. Регуляторы транскрипции рДНК у S. cerevisiae. а — Внутриклеточное распределение белков, влияющих на размер ядрышка (на примере дрожжей). Такие белки располагаются во многих органеллах, но больше всего их в ядре и ядрышке. Это согласуется с идеей о том, что варьирование размеров ядрышка вызвано изменением активности РНК-полимеразы I. б — Некоторые белки дрожжей, мутации в которых влияют на фенотип ядрышка. HIR complex — мультифункциональный белковый комплекс, регулирующий транскрипцию, опосредованную полимеразой I.

Covalent chromatin modification — белки, ответственные за модификацию хроматина. RNA polymerase II transcriptional preinitiation complex assembly — белки, участвующие в сборке комплекса, необходимого для инициации транскрипции РНК-полимеразой II. FACT—NEK9 complex — белковый комплекс, взаимодействующий с гистонами и влияющий на транскрипцию, осуществляемую РНК-полимеразой II [7].
Легко заметить, что к увеличению ядрышка приводят мутации в тех белках, чьи функции связаны с регуляцией состояния хроматина. В то же время «выключение» белков, влияющих на активность РНК-полимеразы II и, как следствие, на уровень биосинтеза белка, вызывают уменьшение размеров ядрышка.

Как уже отмечалось, для быстрорастущих и делящихся клеток характерно гипертрофированное ядрышко. Здесь учёные и решили выяснить: а всегда ли увеличение размеров ядрышка означает заодно и возрастание скорости роста и деления клеток до аномальных значений? Чтобы ответить на этот вопрос, учёные взяли 50 линий дрожжей с мутациями по не жизненно важным генам, и одну контрольную линию дикого типа. Во время наблюдения не удалось установить никаких значимых различий в скоростях роста и деления между мутантами и диким типом. Из этого можно сделать следующий вывод: увеличенное ядрышко и повышенная активность полимеразы I не являются достаточными факторами для перерождения клетки в раковую.

* * *

Фундаментальные исследования — это хорошо, но большинству людей интересно прикладное применение знаний. Так каким же образом данная замечательная работа поможет на практике? Прежде всего, стоит помнить, что не всякое повышение активности РНК-полимеразы I приводит к злокачественному фенотипу, но каждый злокачественный фенотип содержит гиперактивный фермент. Значит, мишенью может служить как сама полимераза, так и гены, контролирующие её работу. К примеру, посредством всё той же РНК-интерференции можно заглушить гены, которые после утраты функций приводят к уменьшению размеров ядрышка, а значит, и к ослаблению синтеза рРНК. Другой путь — непосредственное ингибирование работы РНК-полимеразы I.

И такой ингибитор был найден: это препарат CX-3543, обладающий противоопухолевой активностью и проходящий в настоящее время клинические испытания. Действительно, описанная нами работа американских и канадских учёных имеет ценность не только в области фундаментальных исследований, но и помогает найти новые способы терапии рака.

  1. Cooper G.M. The Cell. 2nd edition: A Molecular Approach. Boston: Boston University, 2000;
  2. Льюин Б. Гены. М.: «Бином», 2012. — 896 с.;
  3. Denis Drygin, William G. Rice, Ingrid Grummt. (2010). The RNA Polymerase I Transcription Machinery: An Emerging Target for the Treatment of Cancer. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol.. 50, 131-156;
  4. R. A. Neumuller, T. Gross, A. A. Samsonova, A. Vinayagam, M. Buckner, et. al.. (2013). Conserved Regulators of Nucleolar Size Revealed by Global Phenotypic Analyses. Science Signaling. 6, ra70-ra70;
  5. Обо всех РНК на свете, больших и малых;
  6. Большие дела небольших молекул: как малые РНК дирижируют генами бактерий;
  7. Paul B. Mason, Kevin Struhl. (2003). The FACT Complex Travels with Elongating RNA Polymerase II and Is Important for the Fidelity of Transcriptional Initiation In Vivo. Mol. Cell. Biol.. 23, 8323-8333.

Молекулярные экспрессии Клеточная биология: рибосомы


Галерея
Информация о лицензии
Использование изображения
Пользовательские фотографии
Партнеры
Информация о сайте
Свяжитесь с нами
Публикации
Дом

Галереи:

gif»>
Фотогалерея
Кремниевый зоопарк
Фармацевтика
Чип-шоты
Фитохимикаты
Галерея ДНК
Микроскейпы
Витамины
Аминокислоты
Камни
Религиозная коллекция
Пестициды
Пивошоты
Коктейльная коллекция
Заставки
Выиграть обои
Обои для Mac
Киногалерея
Рибосомы

Все живые клетки содержат рибосомы, крошечные органеллы, состоящие примерно на 60 процентов из рибосомной РНК ( рРНК ) и на 40 процентов из белка. Однако, хотя их обычно называют органеллами, важно отметить, что рибосомы не связаны мембраной и намного меньше других органелл. Некоторые типы клеток могут содержать несколько миллионов рибосом, но более типично несколько тысяч. Органеллы требуют использования электронного микроскопа для визуального обнаружения.

Рибосомы в основном связаны с эндоплазматическим ретикулумом и ядерной оболочкой, а также свободно рассеяны по цитоплазме, в зависимости от того, является ли клетка растением, животным или бактерией. Органеллы служат механизмом производства белка в клетке и, следовательно, наиболее распространены в клетках, которые активны в синтезе белка, таких как клетки поджелудочной железы и головного мозга. Некоторые из белков, синтезируемых рибосомами, предназначены для внутреннего использования клеткой, особенно те, которые продуцируются свободными рибосомами. Однако многие белки, продуцируемые связанными рибосомами, транспортируются за пределы клетки.

У эукариот рРНК в рибосомах организована в четыре цепи, а у прокариот – в три цепи. Рибосомы эукариот образуются и собираются в ядрышках. Рибосомные белки проникают в ядрышко и объединяются с четырьмя цепями рРНК, образуя две рибосомные субъединицы (одну малую и одну большую), которые образуют законченную рибосому (см. рис. 1). Рибосомные звенья покидают ядро ​​через ядерные поры и соединяются один раз в цитоплазме с целью синтеза белка. Когда производство белка не осуществляется, две субъединицы рибосомы разделяются.

В 2000 г. была установлена ​​полная трехмерная структура большой и малой субъединиц рибосомы. Данные, основанные на этой структуре, позволяют предположить, как и предполагалось долгое время, что именно рРНК обеспечивает базовое формирование и функциональность рибосомы, а не белки. По-видимому, белки в составе рибосомы помогают заполнять структурные бреши и усиливать белковый синтез, хотя этот процесс может происходить и в их отсутствие, хотя и с гораздо меньшей скоростью.

Единицы рибосомы часто описывают значениями Сведберга ( s ), которые основаны на скорости их осаждения в центрифуге. Рибосомы в эукариотической клетке обычно имеют значение Сведберга 80S и состоят из 40-х и 60-х субъединиц. Прокариотические клетки, напротив, содержат 70S рибосомы, каждая из которых состоит из 30s и 50s субъединиц. Как показывают эти значения, единицы Сведберга не являются аддитивными, поэтому значения двух субъединиц рибосомы не складываются со значением Сведберга всей органеллы. Это связано с тем, что скорость осаждения молекулы зависит от ее размера и формы, а не просто от молекулярной массы.

Синтез белка требует помощи двух других типов молекул РНК в дополнение к рРНК. РНК-мессенджер ( мРНК ) обеспечивает шаблон инструкций клеточной ДНК для построения определенного белка. Транспортная РНК ( тРНК ) доставляет строительные блоки белка, аминокислоты, к рибосоме. На рибосоме есть три соседних сайта связывания тРНК: сайт связывания аминоацила для молекулы тРНК, присоединенной к следующей аминокислоте в белке (как показано на рисунке 1), сайт пептидил сайт связывания центральной молекулы тРНК, содержащей растущую пептидную цепь, и сайт связывания выхода для выведения использованных молекул тРНК из рибосомы.

После полимеризации аминокислот остова белка рибосома высвобождает белок, и он транспортируется в цитоплазму у прокариот или в аппарат Гольджи у эукариот. Там белки достраиваются и высвобождаются внутрь или наружу клетки. Рибосомы — очень эффективные органеллы. Каждую секунду одна рибосома в эукариотической клетке может добавлять 2 аминокислоты к белковой цепи. У прокариот рибосомы могут работать еще быстрее, каждую секунду добавляя к полипептиду около 20 аминокислот.

В дополнение к наиболее знакомым клеточным местоположениям рибосом, органеллы также могут быть обнаружены внутри митохондрий и хлоропластов растений. Эти рибосомы заметно отличаются по размеру и строению от других рибосом, обнаруженных в эукариотических клетках, и больше похожи на те, которые присутствуют в клетках бактерий и сине-зеленых водорослей. Сходство митохондриальных и хлоропластных рибосом с прокариотическими рибосомами обычно считается убедительным доказательством того, что митохондрии и хлоропласты произошли от предковых прокариот.

НАЗАД К СТРУКТУРЕ ЖИВОТНЫХ КЛЕТОК

НАЗАД К СТРУКТУРЕ КЛЕТКИ РАСТЕНИЯ

Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.
© 1995-2022 автор Майкл В. Дэвидсон и Университет штата Флорида. Все права защищены. Никакие изображения, графика, программное обеспечение, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения владельцев авторских прав. Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми правовыми положениями и условиями, изложенными владельцами.
Этот веб-сайт поддерживается нашим

Группа графического и веб-программирования
в сотрудничестве с Optical Microscopy в
Национальной лаборатории сильного магнитного поля.
Последнее изменение: пятница, 13 ноября 2015 г., 14:18
Число обращений с 4 января 2005 г.: 858994
Микроскопы предоставлены:

Цитоплазма и клеточные органеллы

Теперь, когда вы узнали, что клеточная мембрана окружает все клетки, вы можете погрузиться внутрь прототипа человеческой клетки, чтобы узнать о ее внутренних компонентах и ​​их функциях. Все живые клетки многоклеточных организмов содержат внутреннюю цитоплазматическую компартмент и ядро ​​внутри цитоплазмы. Цитозоль , желеобразное вещество внутри клетки, обеспечивает жидкую среду, необходимую для биохимических реакций. Эукариотические клетки, включая все клетки животных, также содержат различные клеточные органеллы. органелла  («маленький орган») — это один из нескольких различных типов покрытых мембраной тел в клетке, каждый из которых выполняет уникальную функцию. Подобно тому, как различные органы тела работают в гармонии, чтобы выполнять все функции человека, множество различных клеточных органелл работают вместе, чтобы поддерживать здоровье клетки и выполнять все ее важные функции. Органеллы и цитозоль, взятые вместе, составляют цитоплазму клетки . Ядро   – это центральная органелла клетки, которая содержит клеточную ДНК (рис. 1).

Рисунок 1. Прототип человеческой клетки.  Хотя это изображение не указывает на какую-либо конкретную клетку человека, оно является прототипом клетки, содержащей первичные органеллы и внутренние структуры.

Ядро

Как правило, ядро ​​является наиболее заметной органеллой в клетке ((Рисунок 2)). Ядро (множественное число = ядра) содержит клеточную ДНК и управляет синтезом рибосом и белков. Давайте рассмотрим это подробнее.

Рис. 2. Ядро хранит хроматин (ДНК плюс белки) в гелеобразном веществе, называемом нуклеоплазмой. Ядрышко представляет собой участок конденсированного хроматина, в котором происходит синтез рибосом. Мы называем границу ядра ядерной оболочкой. Он состоит из двух фосфолипидных бислоев: внешней и внутренней мембраны. Ядерная мембрана переходит в эндоплазматический ретикулум. Ядерные поры позволяют веществам входить и выходить из ядра.

Ядерная оболочка

Ядерная оболочка представляет собой двойную мембранную структуру, которая составляет самую внешнюю часть ядра ((Рисунок)). И внутренняя, и внешняя мембраны ядерной оболочки представляют собой бислои фосфолипидов. Ядерная оболочка усеяна порами, которые контролируют прохождение ионов, молекул и РНК между нуклеоплазмой и цитоплазмой. Нуклеоплазма представляет собой полутвердую жидкость внутри ядра, где мы находим хроматин и ядрышко.

Хроматин и хромосомы

Чтобы понять хроматин, полезно сначала изучить хромосомы, структуры внутри ядра, состоящие из ДНК, наследственного материала. Возможно, вы помните, что у прокариот ДНК организована в виде одной кольцевой хромосомы. У эукариот хромосомы представляют собой линейные структуры. Каждый вид эукариот имеет определенное число хромосом в ядре каждой клетки. Например, у человека число хромосом равно 46, а у дрозофилы — восемь.
Хромосомы видны и отличимы друг от друга только тогда, когда клетка готовится к делению. Когда клетка находится в фазах роста и поддержания своего жизненного цикла, белки прикрепляются к хромосомам, и они напоминают размотанный, перепутанный пучок нитей. Мы называем эти развернутые белково-хромосомные комплексы хроматином ((рис. 3)). Хроматин описывает материал, из которого состоят хромосомы как в конденсированном, так и в деконденсированном состоянии.

 

Рис. 3. (а) На этом изображении показаны различные уровни организации хроматина (ДНК и белок). (б) На этом изображении показаны парные хромосомы. (кредит b: модификация работы NIH; данные масштабной линейки от Мэтта Рассела)

Ядрышко

Мы уже знаем, что ядро ​​управляет синтезом рибосом, но как оно это делает? Некоторые хромосомы имеют участки ДНК, кодирующие рибосомную РНК. Темно окрашенная область внутри ядра, называемая ядрышком (множественное число = ядрышки), объединяет рибосомную РНК со связанными белками для сборки рибосомных субъединиц, которые затем транспортируются через поры в ядерной оболочке в цитоплазму.

Органеллы эндомембранной системы

Набор из трех основных органелл вместе образует внутриклеточную систему, называемую эндомембранной системой. Эти органеллы работают вместе, чтобы выполнять различные клеточные функции, включая задачу производства, упаковки и экспорта определенных клеточных продуктов. Органеллы эндомембранной системы включают эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи и везикулы.

Эндоплазматический ретикулум

Эндоплазматический ретикулум (ЭР)  – это система каналов, которая является продолжением ядерной мембраны (или «оболочки»), покрывающей ядро, и состоит из одного и того же липидного двухслойного материала. ER можно представить как серию извилистых магистралей, подобных водным каналам в Венеции. ER обеспечивает проходы через большую часть клетки, которые функционируют при транспортировке, синтезе и хранении материалов. Извилистая структура ER приводит к большой площади мембранной поверхности, которая поддерживает его многочисленные функции (рис. 4).

Рисунок 4. Эндоплазматический ретикулум (ЭР). Нажмите, чтобы увеличить изображение. (а) ER представляет собой извилистую сеть тонких перепончатых мешочков, находящихся в тесной связи с клеточным ядром. Гладкая и шероховатая эндоплазматическая сеть сильно различаются по внешнему виду и функциям (источник: ткань мыши). (b) Грубый ЭР усеян многочисленными рибосомами, которые являются местами синтеза белка (источник: ткань мыши). ЭМ × 110 000. в) Гладкий ЭР синтезирует фосфолипиды, стероидные гормоны, регулирует концентрацию клеточного Са ++, метаболизирует некоторые углеводы и расщепляет некоторые токсины (источник: ткань мыши). ЭМ × 110 510. (Микрофотографии предоставлены Regents of Michigan Medical School © 2012)

Эндоплазматический ретикулум может существовать в двух формах: шероховатый ER и гладкий ER. Эти два типа ER выполняют очень разные функции и могут быть обнаружены в очень разных количествах в зависимости от типа клетки. Шероховатый ЭР (РЭР) назван так потому, что его мембрана усеяна встроенными гранулами — органеллами, называемыми рибосомами, что придает РЭР бугристый вид. А рибосома  – это органелла, служащая местом синтеза белка. Он состоит из двух субъединиц рибосомной РНК, которые оборачиваются вокруг мРНК, чтобы начать процесс трансляции, за которым следует синтез белка. Гладкий ER (SER) лишен этих рибосом. Одна из основных функций гладкого ЭР заключается в синтезе липидов. Гладкий ЭР синтезирует фосфолипиды, основной компонент биологических мембран, а также стероидные гормоны. По этой причине клетки, продуцирующие большое количество таких гормонов, например клетки женских яичников и мужских семенников, содержат большое количество гладкого ЭР. В дополнение к синтезу липидов гладкий ЭР также секвестрирует (то есть хранит) и регулирует концентрацию клеточного Ca ++ , чрезвычайно важная функция в клетках нервной системы, где Ca ++ является триггером для высвобождения нейротрансмиттера. Гладкий ЭР дополнительно метаболизирует некоторые углеводы и выполняет дезинтоксикационную роль, расщепляя некоторые токсины. В отличие от гладкого ER, основной задачей шероховатого ER является синтез и модификация белков, предназначенных для клеточной мембраны или для экспорта из клетки. Для этого синтеза белка многие рибосомы прикрепляются к ER (придавая ему шипованый вид шероховатого ER). Как правило, белок синтезируется в рибосоме и высвобождается внутри канала шероховатого ЭР, где к нему могут быть добавлены сахара (с помощью процесса, называемого гликозилированием), прежде чем он будет транспортирован внутри везикулы на следующую стадию в процессе упаковки и доставки. : аппарат Гольджи.

Career Connection

Кардиолог

Болезни сердца являются основной причиной смерти в Соединенных Штатах. Это в первую очередь связано с нашим малоподвижным образом жизни и диетой с высоким содержанием трансжиров.

Сердечная недостаточность — это лишь одно из многих инвалидизирующих заболеваний сердца. Сердечная недостаточность не означает, что сердце перестало работать. Скорее, это означает, что сердце не может качать кровь с достаточной силой, чтобы доставить обогащенную кислородом кровь ко всем жизненно важным органам. При отсутствии лечения сердечная недостаточность может привести к почечной недостаточности и отказу других органов.

Сердечная мышечная ткань включает стенку сердца. Сердечная недостаточность возникает, когда эндоплазматическая сеть клеток сердечной мышцы не функционирует должным образом. В результате недостаточное количество ионов кальция доступно для запуска достаточной сократительной силы.

Кардиологи (cardi- = «сердце»; -ologist = «тот, кто учится») — это врачи, специализирующиеся на лечении сердечных заболеваний, включая сердечную недостаточность. Кардиологи могут диагностировать сердечную недостаточность с помощью физического осмотра, результатов электрокардиограммы (ЭКГ, тест, который измеряет электрическую активность сердца), рентгенографии грудной клетки, чтобы увидеть, увеличено ли сердце, и других тестов. Если кардиолог диагностирует сердечную недостаточность, он или она, как правило, назначит соответствующие лекарства и порекомендует уменьшить потребление поваренной соли и программу упражнений под наблюдением.

Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи  отвечает за сортировку, модификацию и отправку продуктов, поступающих из грубого отделения неотложной помощи, подобно почтовому отделению. Аппарат Гольджи выглядит как стопка сплющенных дисков, почти как стопка блинов странной формы. Как и ER, эти диски мембранные. Аппарат Гольджи имеет две отдельные стороны, каждая из которых выполняет свою роль. Одна сторона аппарата получает продукты в везикулах. Эти продукты сортируются через аппарат, а затем выпускаются с противоположной стороны после переупаковки в новые везикулы. Если продукт должен быть экспортирован из клетки, везикула мигрирует на поверхность клетки и сливается с клеточной мембраной, а груз секретируется (рис. 5).

Рисунок 5. Аппарат Гольджи.  (а) Аппарат Гольджи манипулирует продуктами грубого ЭПР, а также производит новые органеллы, называемые лизосомами. Белки и другие продукты ER отправляются в аппарат Гольджи, который организует, модифицирует, упаковывает и маркирует их. Некоторые из этих продуктов транспортируются в другие области клетки, а некоторые выводятся из клетки посредством экзоцитоза. Ферментативные белки упаковываются как новые лизосомы (или упаковываются и отправляются для слияния с существующими лизосомами). (б) Электронная микрофотография аппарата Гольджи.

Career Connection

Генетик

Многие заболевания возникают в результате генетических мутаций, препятствующих синтезу важнейших белков. Одним из таких заболеваний является болезнь Лоу (или окулоцереброренальный синдром, поскольку он поражает глаза, головной мозг и почки). При болезни Лоу наблюдается дефицит фермента, локализованного в аппарате Гольджи. Дети с болезнью Лоу рождаются с катарактой, у них обычно развивается заболевание почек после первого года жизни и могут быть нарушены умственные способности.

Мутация Х-хромосомы вызывает болезнь Лоу. Х-хромосома является одной из двух половых хромосом человека, поскольку эти хромосомы определяют пол человека. У женщин две Х-хромосомы, а у мужчин одна Х-хромосома и одна Y-хромосома. У женщин экспрессируются гены только на одной из двух Х-хромосом. Женщины, несущие ген болезни Лоу на одной из своих Х-хромосом, являются носителями и не проявляют симптомов болезни. Однако у мужчин есть только одна Х-хромосома, и гены на этой хромосоме всегда экспрессируются. Следовательно, у мужчин всегда будет болезнь Лоу, если их Х-хромосома несет ген болезни Лоу. Генетики определили местонахождение мутировавшего гена, а также многих других мест мутаций, вызывающих генетические заболевания. С помощью пренатального тестирования женщина может узнать, может ли плод, который она вынашивает, быть поражен одним из нескольких генетических заболеваний.

Генетики анализируют результаты пренатальных генетических тестов и могут консультировать беременных женщин по доступным вариантам. Они также могут проводить генетические исследования, которые приводят к новым лекарствам или продуктам питания, или проводить анализ ДНК для судебно-медицинских исследований.

 

Лизосомы

Некоторые из белковых продуктов, упакованных Гольджи, включают пищеварительные ферменты, которые должны оставаться внутри клетки для использования в расщеплении определенных материалов. Ферментсодержащие везикулы, высвобождаемые аппаратом Гольджи, могут образовывать новые лизосомы или сливаться с существующими лизосомами. А лизосома  – это органелла, содержащая ферменты, расщепляющие и переваривающие ненужные клеточные компоненты, такие как поврежденная органелла. (Лизосома похожа на бригаду аварийно-спасательных служб, которая сносит старые и ветхие здания по соседству.) Аутофагия  («самопоедание») — это процесс, при котором клетка переваривает свои собственные структуры. Лизосомы также важны для разрушения чужеродного материала. Например, когда определенные клетки иммунной защиты (лейкоциты) фагоцитируют бактерии, бактериальная клетка транспортируется в лизосому и переваривается ферментами внутри. Как можно себе представить, такие фагоцитарные защитные клетки содержат большое количество лизосом. При определенных обстоятельствах лизосомы выполняют более важную и ужасную функцию. В случае поврежденных или нездоровых клеток лизосомы могут открываться и высвобождать свои пищеварительные ферменты в цитоплазму клетки, убивая клетку. Этот механизм «самоуничтожения» называется  автолиз , и контролирует процесс гибели клеток (механизм, называемый «апоптоз»).

  Макрофаг поглотил (фагоцитировал) потенциально патогенную бактерию, а затем слился с лизосомами внутри клетки, чтобы уничтожить патоген. В клетке присутствуют и другие органеллы, но для простоты мы их не показываем.

Органеллы для производства энергии и детоксикации

В дополнение к работе, выполняемой эндомембранной системой, клетка выполняет множество других важных функций. Точно так же, как вы должны потреблять питательные вещества, чтобы обеспечить себя энергией, каждая из ваших клеток должна получать питательные вещества, некоторые из которых преобразуются в химическую энергию, которую можно использовать для запуска биохимических реакций. Еще одной важной функцией клетки является детоксикация. Люди получают все виды токсинов из окружающей среды, а также производят вредные химические вещества в качестве побочных продуктов клеточных процессов. Клетки, называемые гепатоцитами в печени, обезвреживают многие из этих токсинов.

Митохондрии

A митохондрия  (множественное число = митохондрия) представляет собой мембранную бобовидную органеллу, которая является «преобразователем энергии» клетки. Митохондрии состоят из внешней липидной двухслойной мембраны, а также дополнительной внутренней липидной двухслойной мембраны (рис. 6). Внутренняя мембрана сильно свернута в извилистые структуры с большой площадью поверхности, называемые кристами. Именно вдоль этой внутренней мембраны ряд белков, ферментов и других молекул осуществляют биохимические реакции клеточного дыхания. Эти реакции преобразуют энергию, хранящуюся в молекулах питательных веществ (таких как глюкоза), в аденозинтрифосфат (АТФ), который обеспечивает полезную клеточную энергию для клетки. Клетки постоянно используют АТФ, поэтому митохондрии постоянно работают. Молекулы кислорода необходимы во время клеточного дыхания, поэтому вы должны постоянно вдыхать его. Одной из систем органов в организме, которая использует огромное количество АТФ, является мышечная система, потому что АТФ необходим для поддержания мышечного сокращения. В результате мышечные клетки заполнены митохондриями. Нервные клетки также нуждаются в большом количестве АТФ для работы своих натриево-калиевых насосов. Следовательно, отдельный нейрон будет загружен более чем тысячей митохондрий. С другой стороны, костная клетка, которая не так метаболически активна, может иметь всего пару сотен митохондрий.

Рисунок 6. Митохондрия.  Митохондрии — это клеточные фабрики по преобразованию энергии. (а) Митохондрия состоит из двух отдельных липидных бислойных мембран. Вдоль внутренней мембраны расположены различные молекулы, которые работают вместе, чтобы производить АТФ, основную энергетическую валюту клетки. (б) Электронная микрофотография митохондрий. ЭМ × 236 000. (Микрофотография предоставлена ​​Регентами Медицинской школы Мичиганского университета © 2012 г. )

Evolution Connection

Эндосимбиоз

Мы упоминали, что и митохондрии, и хлоропласты содержат ДНК и рибосомы. Вы задавались вопросом, почему? Веские доказательства указывают на эндосимбиоз как на объяснение.

Симбиоз — это отношения, при которых организмы двух разных видов зависят друг от друга в своем выживании. Эндосимбиоз (эндо- = «внутри») — это взаимовыгодные отношения, при которых один организм живет внутри другого. В природе изобилуют эндосимбиотические отношения. Мы уже упоминали, что в кишечнике человека живут микробы, вырабатывающие витамин К. Эта связь полезна для нас, потому что мы не можем синтезировать витамин К. Она выгодна и для микробов, потому что они защищены от других организмов и от высыхания, и получают обильное питание из среды толстого кишечника.

Ученые давно заметили, что бактерии, митохондрии и хлоропласты имеют одинаковый размер. Мы также знаем, что у бактерий есть ДНК и рибосомы, точно так же, как у митохондрий и хлоропластов. Ученые считают, что клетки-хозяева и бактерии сформировали эндосимбиотические отношения, когда клетки-хозяева поглощали как аэробные, так и автотрофные бактерии (цианобактерии), но не уничтожали их. За многие миллионы лет эволюции эти проглоченные бактерии стали более специализированными в своих функциях: аэробные бактерии стали митохондриями, а автотрофные бактерии стали хлоропластами.

 

Пероксисомы

Рисунок 7. Пероксисомы. Пероксисомы представляют собой мембраносвязанные органеллы, содержащие большое количество ферментов для детоксикации вредных веществ и метаболизма липидов.

Подобно лизосомам, пероксисома представляет собой связанную с мембраной клеточную органеллу, которая содержит в основном ферменты (рис. 7). Пероксисомы выполняют несколько различных функций, включая метаболизм липидов и химическую детоксикацию. В отличие от пищеварительных ферментов, обнаруженных в лизосомах, ферменты внутри пероксисом служат для переноса атомов водорода от различных молекул к кислороду с образованием перекиси водорода (H 2 О 2 ). Таким образом, пероксисомы нейтрализуют такие яды, как алкоголь. Чтобы оценить важность пероксисом, необходимо понять концепцию активных форм кислорода.

 

Старение и клетка: свободнорадикальная теория

Свободнорадикальная теория старения была первоначально предложена в 1950-х годах и до сих пор остается предметом споров. Вообще говоря, свободнорадикальная теория старения предполагает, что накопленные клеточные повреждения от окислительного стресса способствуют физиологическим и анатомическим эффектам старения. Есть две существенно различающиеся версии этой теории: одна утверждает, что сам процесс старения является результатом окислительного повреждения, а другая утверждает, что окислительное повреждение вызывает возрастные заболевания и расстройства. Последняя версия теории более широко принята, чем первая. Тем не менее, многие данные свидетельствуют о том, что окислительное повреждение действительно способствует процессу старения. Исследования показали, что уменьшение окислительного повреждения может привести к увеличению продолжительности жизни некоторых организмов, таких как дрожжи, черви и плодовые мушки. И наоборот, увеличение окислительного повреждения может сократить продолжительность жизни мышей и червей. Интересно, что манипуляция, называемая ограничением калорий (умеренное ограничение потребления калорий), как было показано, увеличивает продолжительность жизни у некоторых лабораторных животных. Считается, что это увеличение, по крайней мере частично, связано со снижением окислительного стресса. Однако длительное исследование приматов с ограничением калорий не показало увеличения продолжительности их жизни. Потребуется много дополнительных исследований, чтобы лучше понять связь между активными формами кислорода и старением.

Цитоскелет

Подобно костному скелету, структурно поддерживающему человеческое тело, цитоскелет помогает клеткам сохранять свою структурную целостность. цитоскелет  представляет собой группу волокнистых белков, которые обеспечивают структурную поддержку клеток, но это только одна из функций цитоскелета. Компоненты цитоскелета также имеют решающее значение для подвижности клеток, размножения клеток и транспортировки веществ внутри клетки. Цитоскелет образует сложную нитевидную сеть по всей клетке, состоящую из трех различных типов белковых филаментов: микрофиламентов, промежуточных филаментов и микротрубочек (рис. 8).

Рисунок 8. Три компонента цитоскелета.  Цитоскелет состоит из (а) микротрубочек, (б) микрофиламентов и (в) промежуточных филаментов. Цитоскелет играет важную роль в поддержании формы и структуры клеток, способствуя клеточному движению и способствуя делению клеток.

Самым толстым из трех компонентов является микротрубочка , структурная нить, состоящая из субъединиц белка, называемого тубулином. Микротрубочки поддерживают форму и структуру клетки, помогают сопротивляться сжатию клетки и играют роль в расположении органелл внутри клетки. Микротрубочки также составляют два типа клеточных придатков, важных для движения: реснички и жгутики. Реснички  обнаруживаются во многих клетках организма, включая эпителиальные клетки, выстилающие дыхательные пути дыхательной системы. Реснички ритмично двигаются; они постоянно бьются, перемещая отходы, такие как пыль, слизь и бактерии, вверх по дыхательным путям, от легких ко рту. Ударяясь ресничками по клеткам женских фаллопиевых труб, яйцеклетки перемещаются от яичника к матке. Жгутик (множественное число = жгутиков ) представляет собой придаток, крупнее реснички и специализированный для передвижения клеток. Единственной жгутиковой клеткой у человека является сперматозоид, который должен продвигаться к женским яйцеклеткам.

Очень важная функция микротрубочек состоит в том, чтобы устанавливать пути (что-то вроде железнодорожных путей), по которым может перемещаться генетический материал (процесс, требующий АТФ) во время клеточного деления, так что каждая новая дочерняя клетка получает соответствующий набор хромосом. Рядом с ядром клеток находятся две короткие идентичные структуры микротрубочек, называемые центриолями. Центриоль может служить точкой клеточного происхождения микротрубочек, выходящих наружу в виде ресничек или жгутиков, или может способствовать разделению ДНК во время клеточного деления. Микротрубочки вырастают из центриолей, добавляя больше субъединиц тубулина, как добавляя дополнительные звенья в цепь.

В отличие от микротрубочек, микрофиламент представляет собой более тонкий тип нити цитоскелета (см. Рисунок 6b). Актин, белок, образующий цепи, является основным компонентом этих микрофиламентов. Актиновые волокна, закрученные цепочки актиновых филаментов, составляют большой компонент мышечной ткани и вместе с белком миозином отвечают за сокращение мышц. Как и микротрубочки, актиновые филаменты представляют собой длинные цепочки отдельных субъединиц (называемых актиновыми субъединицами). В мышечных клетках эти длинные нити актина, называемые тонкими нитями, «вытягиваются» толстыми нитями белка миозина для сокращения клетки. Актин также играет важную роль во время деления клеток. Когда клетка вот-вот разделится пополам во время клеточного деления, актиновые филаменты работают с миозином, чтобы создать борозду расщепления, которая в конечном итоге разделяет клетку посередине, образуя две новые клетки из исходной клетки.

Конечный цитоскелетный филамент представляет собой промежуточный филамент. Как следует из названия,  промежуточная нить  – это филамент, промежуточный по толщине между микротрубочками и микрофиламентами (см. Рисунок 6c). Промежуточные филаменты состоят из длинных волокнистых субъединиц белка, называемого кератином, которые скручены вместе, как нити, составляющие веревку. Промежуточные филаменты вместе с микротрубочками важны для поддержания формы и структуры клеток. В отличие от микротрубочек, которые сопротивляются сжатию, промежуточные филаменты сопротивляются натяжению — силам, которые растягивают клетки. Во многих случаях клетки склонны к натяжению, например, когда эпителиальные клетки кожи сжимаются, дергая их в разные стороны. Промежуточные филаменты помогают скреплять органеллы внутри клетки, а также связывать клетки с другими клетками, образуя специальные межклеточные соединения.

Внеклеточный матрикс клеток животных

Хотя клетки большинства многоклеточных организмов выделяют вещества во внеклеточное пространство, в качестве примера будут рассмотрены клетки животных. Основными компонентами этих материалов являются белки, а наиболее распространенным белком является коллаген. Коллагеновые волокна переплетены с протеогликанами, представляющими собой белковые молекулы, содержащие углеводы. В совокупности мы называем эти материалы внеклеточным матриксом ((рис. 1)). Внеклеточный матрикс не только удерживает клетки вместе, образуя ткань, но также позволяет клеткам внутри ткани общаться друг с другом. Как это может произойти?

Рисунок 1. Внеклеточный матрикс состоит из сети белков и углеводов.

Клетки имеют белковые рецепторы на внеклеточной поверхности своих плазматических мембран. Когда молекула в матрице связывается с рецептором, она изменяет молекулярную структуру рецептора. Рецептор, в свою очередь, изменяет конформацию микрофиламентов, расположенных непосредственно внутри плазматической мембраны. Эти конформационные изменения индуцируют химические сигналы внутри клетки, которые достигают ядра и «включают» или «выключают» транскрипцию определенных участков ДНК, что влияет на выработку ассоциированного белка, тем самым изменяя активность внутри клетки.

Свертывание крови является примером роли внеклеточного матрикса в клеточной коммуникации. Когда клетки, выстилающие кровеносный сосуд, повреждены, они обнаруживают белковый рецептор, который мы называем тканевым фактором. Когда тканевой фактор связывается с другим фактором во внеклеточном матриксе, он заставляет тромбоциты прикрепляться к стенке поврежденного кровеносного сосуда, стимулирует соседние гладкомышечные клетки в кровеносном сосуде сокращаться (таким образом сужая кровеносный сосуд) и инициирует ряд шагов. которые стимулируют тромбоциты к выработке факторов свертывания крови.

Межклеточные соединения

Клетки также могут общаться друг с другом посредством прямого контакта или межклеточных соединений. Существуют различия в способах общения клеток растений, животных и грибов. Плазмодесмы представляют собой соединения между растительными клетками; тогда как контакты животных клеток включают плотные контакты, щелевые контакты и десмосомы.

Плотные соединения

Плотные соединения представляют собой водонепроницаемое соединение между двумя соседними клетками животных ((Рисунок 2)). Белки (преимущественно два белка, называемые клаудинами и окклюдинами) плотно удерживают клетки друг против друга.

Рисунок 2. Плотные соединения образуют водонепроницаемые соединения между соседними клетками животных. Белки создают плотную адгезию соединения. (кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреал)

Это плотное прилегание предотвращает просачивание материалов между ячейками; плотные соединения обычно обнаруживаются в эпителиальных тканях, которые выстилают внутренние органы и полости и составляют большую часть кожи. Например, плотные соединения эпителиальных клеток, выстилающих мочевой пузырь, предотвращают утечку мочи во внеклеточное пространство.

Десмосомы

Также только в клетках животных есть десмосомы, которые действуют как точечные сварные швы между соседними эпителиальными клетками ((Рисунок 3)). Кадгерины, короткие белки плазматической мембраны, соединяются с промежуточными филаментами, образуя десмосомы. Кадгерины соединяют две соседние клетки и удерживают клетки в виде листа в растягивающихся органах и тканях, таких как кожа, сердце и мышцы.