Клетка единая, но делимая

Один из конкретных механизмов такого рода связан с микротрубочками. Напомню еще раз, что в целой клетке микротрубочки растут радиально из

Клетка единая, но делимая

Статья

Биология

Другие статьи по предмету

Биология

Сдать работу со 100% гаранией
нных Родионова и Бориси. Слева две микротрубочки, соединенные с разными участками одной органеллы (кружок). Предполагается, что присоединение осуществляется через посредство специального белка динеина, способного двигать органеллы вдоль микротрубочек от плюс-конца к минус-концу. Справа вызываемые динеином взаимные перемещения микротрубочек и органеллы привели к тому, что эта органелла образовала подобие центра, от которого отходят в противоположные стороны две микротрубочки. Ориентированные плюс-концами к периферии

Под наружной мембраной каждой клетки расположен сократимый кортикальный слой актиновых микрофиламентов; у клеток, прикрепленных к дну культуры, этот слой растянут. Можно сравнить кортекс с растянутой резиновой лентой, стремящейся сократиться к своему центру. Очевидно, если разрезать эту ленту на фрагменты, каждый из фрагментов будет сокращаться к своему новому центру. Наоборот, если несколько кусков ленты склеить друг с другом, то объединенная лента будет сокращаться по направлению к новому единому центру. Сходным образом кортекс клеток и фрагментов во всех ситуациях натянут относительно центра. Натяжение будет ориентировать микрофиламенты кортекса: представьте себе сетку, которую кто-то растянул, все нити в ней станут ориентироваться относительно направлению натяжения. Ориентировка микрофиламентов может направлять зависимые от этих микрофиламентов движения органелл к центру. Этот довольно простой механизм пока остается гипотетическим. У нас нет пока прямых данных, подтверждающих его роль в самоорганизации. Изучение механизмов самоорганизации лишь начинается.

Гигантские клетки и клеточные фрагменты в нашем организме

Было бы удивительно, если бы замечательная способность цитоплазмы к самоорганизации не использовалась клетками в организме для различных физиологических целей. И действительно, в нашем организме многие клетки способны проделывать самостоятельно те же реорганизации, которые мы вызываем искусственно в культуре: соединяться друг с другом в гигантские многоядерные клетки и, наоборот, отделять от себя безъядерные цитоплазматические фрагменты, которые способны самоорганизоваться и выполнять важные физиологические функции.

Примерами многоядерных клеток могут служить миофибриллы поперечнополосатых мышц, образующиеся путем слияния одноядерных миобластов. По всей вероятности, здесь благодаря гигантским размерам ускоряется и синхронизуется реакция мышечной клетки на нервный сигнал, вызывающий ее сокращение: такой сигнал распространяется очень быстро от нервного окончания (синапса) по всей единой мембране, окружающей многоядерную клетку.

Еще один тип многоядерных клеток гигантские клетки инородных тел. Такие клетки образуются под кожей или в других тканях из одноядерных клеток макрофагов, прилипших к поверхности инородного тела, застрявшего в этих тканях, например пули или иглы. Макрофаги безуспешно пытаются фагоцитировать инородное тело. Смысл слияния в гиганты заключается, по-видимому, в том, чтобы увеличить фагоцитирующую поверхность. Вероятно, по сходным причинам в костной ткани становятся многоядерными особые клетки (остеокласты), которые разрушают излишнее костное вещество.

Тромбоциты крови самый интересный и важный пример образования отделенных от клеток цитоплазматических фрагментов, способных к самоорганизации. Тромбоциты играют центральную роль в свертывании крови, образовании тромбов сгустков, закрывающих просвет разорвавшегося кровеносного сосуда и останавливающих кровотечение из этого сосуда. Патологическое тромбообразование основа самых распространенных сердечно-сосудистых заболеваний, в особенности инфарктов и инсультов. Неактивированные тромбоциты, циркулирующие в крови человека, представляют собой небольшие безъядерные образования (рис. 4), покрытые мембраной и содержащие в цитоплазме много неполимеризованного актина, а также гранул разного состава. При действии химических веществ, связывающихся с рецепторами на наружной стороне их мембраны, например коллагена, тромбоциты активируются. Такая активация начальный этап свертывания крови. На поверхности активированного тромбоцита выпячиваются многочисленные псевдоподии. У тромбоцитов, так же как и у больших ядерных клеток, молекулярной основой образования псевдоподий является полимеризация актиновых микрофиламентов из растворимого актина. К микрофиламентам присоединяются миозин и другие молекулы. В результате псевдоподии, как и у больших клеток, становятся сократимыми, способными прикрепляться к различным поверхностям, например к коллагеновым волокнам (см. рис. 4).

Рис. 4. Тромбоциты человека, находящиеся на разных стадиях активации.

В центре тромбоцит, выпустивший много псевдоподий и уплощившийся при прикреплении к твердой поверхности. Рядом еще неактивировавшийся дисковидный тромбоцит без псевдоподий. По периферии тромбоциты с единичными псевдоподиями (самая начальная стадия активации). Сканирующая электронная микрофотография

Тромбоцит распластывается на таких поверхностях и может даже перемещаться по ним на небольшие расстояния. Гранулы, собранные в центральной части цитоплазмы активированного тромбоцита, сливаются с наружной мембраной и секретируют свое содержимое в среду (кровь или тканевую жидкость). При этом активные вещества, вышедшие из таких гранул, действуют на белки крови, стимулируя дальнейшее тромбообразование. Через несколько часов активированный тромбоцит, подобно клеточным фрагментам в культуре, погибает. «Родителями» тромбоцитов, циркулирующих в крови, являются особые многоядерные клетки костного мозга мегакариоциты. На поверхности мегакариоцита образуются длинные отростки, от которых отщепляются цитоплазматические фрагменты, попадающие затем в кровь. Мы еще не знаем точно механизма отделения и упаковки таких фрагментов.

Таким образом, тромбоциты можно рассматривать как фрагменты цитоплазмы, естественно образующиеся из структур противоположного типа гигантских клеток. Эти фрагменты могут длительно сохраняться в крови в упакованном виде, но при необходимости могут однократно активироваться и самоорганизоваться, а затем, выполнив свою функцию, активировав свертывание, погибать.

Заключение

Способность к самоорганизации важнейшее свойство цитоплазмы. Эта способность является основой распределения компонентов в каждой клетке, а также используется в организме для специальных целей образования многоядерных клеток и естественно отделяющихся фрагментов, таких, как тромбоциты. Возможно, что механизм самоорганизации используется и в тех случаях, когда в клетке выделяются (сегрегируются) особые участки, способные к относительно самостоятельным движениям, но остающиеся связанными с остальной клеткой. Пример такого участка пластинка цитоплазмы, образующаяся на конце растущего отростка нервной клетки, так называемый конус роста. Конус роста непрерывно выбрасывает на краях псевдоподии и движется относительно самостоятельно в нужном направлении, таща за собой весь прикрепленный к нему сзади отросток. Интересно, что если отрезать конус роста от остального отростка, то он продолжает в течение некоторого времени ползать самостоятельно, т.е. ведет себя как самоорганизованный фрагмент цитоплазмы.

Недавно наша группа исследователей показала, что, обрабатывая большую дисковидную многоядерную клетку эпителия особым белком, выделяемым в организме некоторыми тканями (так называемым рассеивающим фактором), можно вызвать разделение этой клетки на несколько самостоятельно ползающих участков, связанных друг с другом шнурами цитоплазмы, не способными активно двигаться (рис. 5).

Рис. 5. Схема, основанная на данных Александровой и др. Многоядерная эпителиальная клетка (вверху) под воздействием специального белка (так называемого рассеивающего фактора) разделяется на несколько пластинчатых участков (ламеллопластов), соединенных друг с другом узкими шнурами цитоплазмы (кабелями). Каждый ламеллопласт содержит свою центросому сотходящими от нее микротрубочками и свои органеллы. Каждый ламеллопласт способен выпускать псевдоподии и двигаться, волоча за собой присоединенный кабель. Ядра есть в некоторых, но не во всех ламеллопластах

Этот феномен еще один пример частичной сегрегации цитоплазмы на самоорганизующиеся участки. Такая сегрегация является, вероятно, важным способом морфологических превращений клеток в организме. Конкретные пути таких превращений интересная тема для будущих исследований.

Хотя многое в механизмах самоорганизации остается еще непонятным, очевидно, что их основой является динамика цитоскелета, в особенности микротрубочек и микрофиламентов. Эта динамическая архитектура клетки уникальна. Ничего подобного в архитектурных конструкциях, создаваемых человеком, нет. Трудно себе представить отделенный от целого здания фрагмент, самостоятельно реорганизующийся в «мини-дом». Между тем цитоплазма легко выполняет такие преобразования.

Список литературы

1. Васильев Ю.М. Клетка как архитектурное чудо.Ч. 1. Живые нити // Соросовский Образовательный Журнал, 1996, №2. С. 3643.

2. Васильев Ю.М. Клетка как архитектурное чудо. Ч. 2. Цитоскелет, способный чувствовать и помнить // Там же, № 4. С. 410.

3. Васильев Ю.М. Социальное поведение нормальных клеток и антисоциальное поведение опухолевых клеток. Ч. 2. Клетки строят ткань // Там же, 1997, № 5. С. 20-25.

4. Зубаиров Д.М. Как свертывается кровь // Соросовский Образовательный Журнал, 1997. № 3. С. 4652.

5. Rodionov V.I., Borisy G.G. Self-centring Activity of Cytoplasm // Nature, 1997. Vol. 386. P. 170.

6. Alexandrova A.Y., Dugina V.B., Ivanova O.Y. et al. Scatter Factor Induces Segregation of Multicellular Cells into Several Discrete Motile Domains // Cell Motility and Cytoskeleton, 1998. Vol. 39. P. 147-158.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://bio.1september.ru

 

Похожие работы

< 1 2 3 >