Αποδείχθηκε ότι τα κύτταρα των ευκαρυωτικών οργανισμών αντιπροσωπεύονται από ένα σύστημα μεμβρανών που σχηματίζουν οργανίδια πρωτεϊνικής-φωσφολιπιδικής σύνθεσης. Ωστόσο, υπάρχει μια σημαντική εξαίρεση σε αυτόν τον κανόνα. Δύο οργανίδια (το κέντρο του κυττάρου και το ριβόσωμα), καθώς και τα κινητικά οργανίδια (μαστίγια και βλεφαρίδες) έχουν δομή μη μεμβράνης. Πώς εκπαιδεύονται; Σε αυτήν την εργασία, θα προσπαθήσουμε να βρούμε την απάντηση σε αυτό το ερώτημα, καθώς και να μελετήσουμε τη δομή του κυτταρικού κέντρου του κυττάρου, που συχνά ονομάζεται κεντρόσωμα.
Όλα τα κελιά περιέχουν ένα κέντρο κυττάρων
Το πρώτο γεγονός που ενδιαφέρει τους επιστήμονες είναι η προαιρετική παρουσία αυτού του οργανοειδούς. Έτσι, στους κατώτερους μύκητες - χυτριδιομύκητες - και στα ανώτερα φυτά, απουσιάζει. Όπως αποδείχθηκε, στα φύκια, στα ανθρώπινα κύτταρα και στα περισσότερα ζώα, η παρουσία ενός κυτταρικού κέντρου είναι απαραίτητη για την υλοποίηση των διαδικασιών της μίτωσης και της μείωσης. Τα σωματικά κύτταρα διαιρούνται με τον πρώτο τρόπο και τα σεξουαλικά κύτταρα με τον άλλο τρόπο. Υποχρεωτικός συμμετέχων και στις δύο διαδικασίες είναικεντρόσωμα. Η απόκλιση των κεντρολίων του προς τους πόλους του διαιρούμενου κυττάρου και το τέντωμα των νημάτων της ατράκτου σχάσης μεταξύ τους εξασφαλίζει περαιτέρω απόκλιση των χρωμοσωμάτων που συνδέονται με αυτά τα νημάτια και στους πόλους του μητρικού κυττάρου.
Μικροσκοπικές μελέτες αποκάλυψαν δομικά χαρακτηριστικά του κυτταρικού κέντρου. Περιλαμβάνει από ένα έως πολλά πυκνά σώματα - κεντρόλες, από τα οποία αναδύονται μικροσωληνίσκοι. Ας μελετήσουμε πιο αναλυτικά την εμφάνιση, καθώς και τη δομή του κυτταρικού κέντρου.
Κεντρόσωμα σε κύτταρο μεσοφάσεως
Στον κύκλο ζωής ενός κυττάρου, το κυτταρικό κέντρο μπορεί να φανεί κατά τη διάρκεια μιας περιόδου που ονομάζεται ενδιάμεση φάση. Δύο μικροκύλινδροι βρίσκονται συνήθως κοντά στην πυρηνική μεμβράνη. Κάθε ένα από αυτά αποτελείται από πρωτεϊνικούς σωλήνες, συλλεγμένους σε τρία κομμάτια (τριπλές). Εννέα τέτοιες δομές σχηματίζουν την επιφάνεια του κεντρολίου. Εάν υπάρχουν δύο από αυτά (κάτι που συμβαίνει πιο συχνά), τότε βρίσκονται σε ορθή γωνία μεταξύ τους. Κατά την περίοδο της ζωής μεταξύ δύο διαιρέσεων, η δομή του κυτταρικού κέντρου στο κύτταρο είναι σχεδόν η ίδια σε όλους τους ευκαρυώτες.
Υπερδομή του κεντροσώματος
Κατέστη δυνατή η λεπτομερής μελέτη της δομής του κυτταρικού κέντρου ως αποτέλεσμα της χρήσης ηλεκτρονικού μικροσκοπίου. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι οι κύλινδροι κεντροσώματος έχουν τις ακόλουθες διαστάσεις: το μήκος τους είναι 0,3-0,5 μικρά, η διάμετρός τους είναι 0,2 μικρά. Ο αριθμός των κεντρολίων διπλασιάζεται πριν αρχίσει η διαίρεση. Αυτό είναι απαραίτητο για να λάβουν τα ίδια τα κύτταρα της μητέρας και της κόρης, ως αποτέλεσμα της διαίρεσηςκυτταρικό κέντρο, αποτελούμενο από δύο κεντρόλια. Τα δομικά χαρακτηριστικά του κυτταρικού κέντρου έγκεινται στο γεγονός ότι τα κεντρόλια που το αποτελούν δεν είναι ισοδύναμα: ένα από αυτά, το ώριμο (μητρικό), περιέχει πρόσθετα στοιχεία: τον περικεντρικό δορυφόρο και τα εξαρτήματά του. Το ανώριμο κεντριόλιο έχει μια συγκεκριμένη θέση που ονομάζεται τροχός καροτσιού.
Συμπεριφορά του κεντροσώματος στη μίτωση
Είναι γνωστό ότι η ανάπτυξη ενός οργανισμού, καθώς και η αναπαραγωγή του, συμβαίνει στο επίπεδο της στοιχειώδους μονάδας της ζωντανής φύσης, που είναι το κύτταρο. Η δομή του κυττάρου, ο εντοπισμός και οι λειτουργίες του κυττάρου, καθώς και τα οργανίδια του, εξετάζονται από την κυτταρολογία. Παρά το γεγονός ότι οι επιστήμονες έχουν κάνει πολλές έρευνες, το κυτταρικό κέντρο εξακολουθεί να είναι ανεπαρκώς μελετημένο, αν και ο ρόλος του στην κυτταρική διαίρεση έχει αποσαφηνιστεί πλήρως. Στην πρόφαση της μίτωσης και στην πρόφαση της αναγωγικής διαίρεσης της μείωσης, τα κεντρόλια αποκλίνουν προς τους πόλους του μητρικού κυττάρου και στη συνέχεια σχηματίζεται το νήμα της ατράκτου σχάσης. Συνδέονται στα κεντρομερή της πρωταρχικής συστολής των χρωμοσωμάτων. Σε τι χρησιμεύει;
Άτρακτος κυτταρικής διαίρεσης αναφάσης
Τα πειράματα των G. Boveri, A. Neil και άλλων επιστημόνων κατέστησαν δυνατό να διαπιστωθεί ότι η δομή του κυτταρικού κέντρου και οι λειτουργίες του είναι αλληλένδετες. Η παρουσία δύο κεντρολίων που βρίσκονται διπολικά σε σχέση με τους πόλους του κυττάρου, και νημάτια ατράκτου μεταξύ τους, εξασφαλίζει ομοιόμορφη κατανομή των χρωμοσωμάτων που συνδέονται με μικροσωληνίσκους σε κάθε έναν από τους πόλους του μητρικού κυττάρου.
Έτσι, ο αριθμός των χρωμοσωμάτων θα είναι ο ίδιος στα θυγατρικά κύτταρα ως αποτέλεσμα της μίτωσης ή ο μισός (στη μείωση) από ότι στο αρχικό μητρικό κύτταρο. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι η δομή του κυτταρικού κέντρου αλλάζει και συσχετίζεται με τα στάδια του κύκλου ζωής των κυττάρων.
Χημική ανάλυση του οργανιδίου
Για καλύτερη κατανόηση των λειτουργιών και του ρόλου του κεντροσώματος, ας μελετήσουμε ποιες οργανικές ενώσεις περιλαμβάνονται στη σύνθεσή του. Όπως θα περίμενε κανείς, οι πρωτεΐνες πρωτοστατούν. Αρκεί να υπενθυμίσουμε ότι η δομή και οι λειτουργίες της κυτταρικής μεμβράνης εξαρτώνται επίσης από την παρουσία μορίων πεπτιδίου σε αυτήν. Σημειώστε ότι οι πρωτεΐνες στο κεντρόσωμα έχουν συσταλτική ικανότητα. Αποτελούν μέρος των μικροσωληνίσκων και ονομάζονται τουμπουλίνες. Μελετώντας την εξωτερική και εσωτερική δομή του κυτταρικού κέντρου, αναφέραμε βοηθητικά στοιχεία: περικεντρικούς δορυφόρους και κεντρόλια προσαρτήματα. Περιλαμβάνουν σενεξίνη και μυρισιτίνη.
Υπάρχουν επίσης πρωτεΐνες που ρυθμίζουν το μεταβολισμό του οργανοειδούς. Πρόκειται για κινάση και φωσφατάση - ειδικά πεπτίδια που είναι υπεύθυνα για τη δημιουργία πυρήνων μικροσωληνίσκων, δηλαδή για το σχηματισμό ενός ενεργού μορίου σπόρου, από το οποίο ξεκινά η ανάπτυξη και η σύνθεση των ακτινικών μικρονημάτων.
Κέντρο κυττάρων ως οργανωτής ινιδιακών πρωτεϊνών
Στην κυτταρολογία, η ιδέα του κεντροσώματος ως του κύριου οργανιδίου που είναι υπεύθυνο για το σχηματισμό μικροσωληνίσκων έχει επιτέλους επικρατήσει. Χάρη στις γενικευτικές μελέτες του K. Fulton, μπορεί να υποστηριχθεί ότι το κυτταρικό κέντροπαρέχει αυτή τη διαδικασία με τέσσερις τρόπους. Για παράδειγμα: πολυμερισμός νημάτων ατράκτου σχάσης, σχηματισμός κεντρολίων, δημιουργία ακτινικού συστήματος μικροσωληνίσκων στο κύτταρο μεσοφάσης και, τέλος, σύνθεση στοιχείων στο πρωτεύον βλεφαρίδα. Αυτός είναι ένας ειδικός σχηματισμός χαρακτηριστικό του μητρικού κεντρολίου. Μελετώντας τη δομή και τις λειτουργίες της κυτταρικής μεμβράνης, οι επιστήμονες την εντοπίζουν κάτω από ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο στο κυτταρικό κέντρο μετά τη μιτωτική κυτταρική διαίρεση ή τη στιγμή της έναρξης της μίτωσης. Στο στάδιο G2 της μεσόφασης, καθώς και στα αρχικά στάδια της προφάσης, το βλεφάρι εξαφανίζεται. Σύμφωνα με τη χημική του σύνθεση, αποτελείται από μόρια τουμπουλίνης και είναι μια ετικέτα με την οποία μπορεί να αναγνωριστεί ένα ώριμο μητρικό κεντριόλιο. Πώς λοιπόν συμβαίνει η ωρίμανση του κεντροσώματος; Λάβετε υπόψη όλες τις αποχρώσεις αυτής της διαδικασίας.
Στάδια σχηματισμού κεντρολίου
Οι κυτταρολόγοι έχουν διαπιστώσει ότι τα θυγατρικά και τα μητρικά κεντρόλια που σχηματίζουν το διπλόσωμα δεν είναι τα ίδια στη δομή. Έτσι, η ώριμη δομή συνορεύει με ένα στρώμα περικεντρικής ουσίας - ένα μιτωτικό φωτοστέφανο. Η πλήρης ωρίμανση του θυγατρικού κεντρολίου διαρκεί περισσότερο από έναν κύκλο ζωής των κυττάρων. Στο τέλος του σταδίου G1 του δεύτερου κυτταρικού κύκλου, το νέο κεντριόλιο λειτουργεί ήδη ως οργανωτής μικροσωληνίσκων και είναι ικανό να σχηματίζει νημάτια ατράκτου σχάσης, καθώς και το σχηματισμό ειδικών οργανιδίων κίνησης. Μπορούν να είναι βλεφαρίδες και μαστίγια, που βρίσκονται σε μονοκύτταρα πρωτόζωα (για παράδειγμα, πράσινο ευγλένα, βλεφαρίδες-παπούτσια), καθώς και σε πολλά φύκια, όπως τα χλαμυδομόνα. Τα μαστίγια που σχηματίζονται λόγω των μικροσωληνίσκων του κυτταρικού κέντρου τροφοδοτούνται με πολλάσπόρια στα φύκια, καθώς και γεννητικά κύτταρα ζώων και ανθρώπων.
Ο ρόλος του κεντροσώματος στην κυτταρική ζωή
Έχουμε δει λοιπόν ότι ένα από τα μικρότερα κυτταρικά οργανίδια (καταλαμβάνει λιγότερο από το 1% του όγκου των κυττάρων) παίζει πρωταγωνιστικό ρόλο στη ρύθμιση του μεταβολισμού τόσο των φυτικών όσο και των ζωικών κυττάρων. Η παραβίαση του σχηματισμού της ατράκτου διαίρεσης συνεπάγεται το σχηματισμό γενετικά ελαττωματικών θυγατρικών κυττάρων. Το σύνολο των χρωμοσωμάτων τους διαφέρει από τον κανονικό αριθμό, γεγονός που οδηγεί σε χρωμοσωμικές εκτροπές. Ως αποτέλεσμα, η ανάπτυξη μη φυσιολογικών ατόμων ή ο θάνατός τους. Στην ιατρική, έχει τεκμηριωθεί το γεγονός της σχέσης μεταξύ του αριθμού των κεντρολίων και του κινδύνου εμφάνισης καρκίνου. Για παράδειγμα, εάν τα φυσιολογικά κύτταρα του δέρματος περιέχουν 2 κεντρόλες, τότε μια βιοψία ιστού σε περίπτωση καρκίνου του δέρματος αποκαλύπτει αύξηση του αριθμού τους σε 4-6. Αυτά τα αποτελέσματα παρέχουν στοιχεία για τον βασικό ρόλο του κεντροσώματος στον έλεγχο της κυτταρικής διαίρεσης. Πρόσφατα πειραματικά δεδομένα δείχνουν τον σημαντικό ρόλο αυτού του οργανιδίου στις διαδικασίες ενδοκυτταρικής μεταφοράς. Η μοναδική δομή του κυτταρικού κέντρου του επιτρέπει να ρυθμίζει τόσο το σχήμα του κυττάρου όσο και την αλλαγή του. Σε μια κανονικά αναπτυσσόμενη μονάδα, το κεντρόσωμα βρίσκεται δίπλα στη συσκευή Golgi, κοντά στον πυρήνα, και μαζί με αυτές παρέχει ενσωματωτικές και σηματοδοτικές λειτουργίες στην υλοποίηση της μίτωσης, της μείωσης, καθώς και του προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου - απόπτωσης. Γι' αυτό οι σύγχρονοι κυτταρολόγοι θεωρούν το κεντρόσωμα ένα σημαντικό ενοποιητικό οργανίδιο του κυττάρου, υπεύθυνο τόσο για τη διαίρεση του όσο και για το σύνολο τουσυνολικός μεταβολισμός.
