Protistologia

яние с ПВ-1 других пузырьков различ­ ной формы диаметром обычно до 1 мкм. Они встраиваются в ее мембра­ ну и вызывают снижение рН содержи­ мого вакуоли. Эти пузырьки известны как ацидосомы.

Когда диаметр ПВ-1 уменьшился до 6 мкм, начинается вторая стадия — ПВ-Н (фагоацидосома). На этом этапе к вакуоли подходят лизосомы и выстраи­ ваются у ее стенки.

ПВ-Ш (фаголизосома) характеризу­ ется быстрым увеличением диаметра вакуоли, которое продолжается до тех пор, пока ПВ-Ш не достигнет исходно­ го размера ПВ-1. Это увеличение разме­ ров является следствием слияния лизосом (тех, что подошли к ее мембране) с ПВ-П. Эти овальные лизосомы имеют размер 0,2-0,4 мкм. Как и в случае с пузырьками, участвующими в уменьше­ нии объема ПВ-1, увеличение объема, сопровождающееся слиянием с лизосомами не может быть объяснено только добавлением мембран. Должен быть другой (еще неизвестный) механизм, который обеспечивает поступление воды и растворимых молекул из цитоп­ лазмы в ПВ-П.

Мембрана пищеварительной вакуо­ ли почти полностью замещается в ходе процессов слияния и отшнуровывания пузырьков. Это можно проследить, на­ пример, при помощи меченых антител: каждая стадия развития вакуоли и сли­ вающиеся с ней перед этим пузырьки (дисковидные везикулы', ацидосомы, лизосомы), метятся разными антитела­ ми. Кроме того, исследования методом

замораживания-скалывания выявили, что количество внутримембранных ча­ стиц и их относительное распределение на каждой из двух мембранных повер­ хностей различается на разных ПВ-ста- диях. Замещение мембраны в ходе пи­ щеварительного цикла сопряжено с процессом распознавания мембраны и последующим повторным использова­ нием ее (рециклингом).

Причину уменьшения и последую­ щего увеличения объема пищеваритель­ ной вакуоли понять непросто. Предпо­ лагали, что концентрация пищевых ча­ стиц при уменьшении вакуоли позволя­ ет более эффективно использовать пищеварительные ферменты. Однако, поскольку ПВ-Ш почти того же разме­ ра, что и исходная вакуоль, здесь, веро­ ятно, вовлечены и другие процессы. Было подсчитано, что содержимое лизосом обеспечивает лишь часть допол­ нительного объема при увеличении ва­ куоли; поэтому потребность клетки состоит, вероятно, не столько в измене­ нии объема пищеварительной вакуоли, сколько в изменении состава ее мемб­ раны.

На стадии ПВ-Ш происходит пере­ варивание пищи. На всем ее протяже­ нии наблюдается непрерывная актив­ ность на периферии пищеварительной вакуоли. Здесь с вакуолью сливаются дополнительные лизосомы и происхо­ дит удаление веществ, заключенных в отделяющиеся мелкие пузырьки. Непе­ реваренные остатки накапливаются внутри ПВ-Ш, которая теперь становит­ ся дефекационной вакуолью — ПВ-IV.

Циклоз

Обычно в клетке одновременно на­ ходится несколько пищеварительных вакуолей на разных стадиях цикла пе­ реваривания пищи, которое происходит не в какой-либо специальной зоне клет­ ки, а во время транспорта пищевари­ тельной вакуоли по цитоплазме. У Para­ mecium пищеварительная вакуоль опи­ сывает фигуру в виде эллипса (рис. 290). Это движение называется циклозом, представляющим собой однонап­ равленный поток цитоплазмы со скоро­ стью около 3 мкм в секунду.

Представления о механизме циклоза остаются на уровне догадок. Исходя из реологических показателей потока, это движение не может быть вызвано силами сдвига между стационарной и движущейся цитоплазмой. Поэтому ду­ мают, что внутри потока цитоплазмы действует акто-миозиновая система. Вероятно, она состоит из многих мел­ ких субъединиц, случайно распределен­ ных по всему пути вакуолей. Субъеди­ ницы предположительно претерпевают энергозависимый гель-золь переход. Эти трансформации, возможно, сопро-

Рис. 290. В ходе циклоза у Paramecium п и ­ щеварительные вакуоли перемещаются по в п о л н е о п р е д е л е н н о м у к о р и д о р у в н у т р и цитоплазмы . Не затронутые циклозом об ­ ласти цитоплазмы оттенены точками. Ско­ рость потока цитоплазмы (отмечен стрел ­ ками и звездочками) 2 - 3 мкм в секунду (по Сикоре) .

вождаются сокращением и расслабле­ нием актомиозиновой системы. Если так, то процесс должен контролировать­ ся несвязанными ионами кальция.

Дефекация

Дефекационные, или остаточные вакуоли содержат непереваренные ос­ татки; в них отсутствует ферментатив­ ная активность, рН возвращается к нор­ мальному, почти нейтральному значе­ нию, а их содержимое извергается на­ ружу (рис. 291). В простейшем случае, например у ризопод, дефекация похожа на фагоцитоз, идущий в обратную сто­ рону. Дефекационная вакуоль сливает-

кинетосом вглубь цитоплазмы отходят одиночные микротрубочки и ленты мик­ ротрубочек, которые направляют или даже активно транспортируют к цитопрокту дефекационную вакуоль. После слияния вакуоли с плазмалеммой непе­ реваренные остатки выбрасываются наружу, а ее мембрана разбивается на мелкие пузырьки (рис. 291, 292). Таким образом, материал мембраны остается внутри клетки. В одних случаях эти пузырьки служат источником мембран для растущих пищевых вакуолей; в дру­ гих — и, вероятно, этот путь реализует­ ся чаще — мембранный материал про­ ходит через аппарат Гольджи, где под­ вергается преобразованиям и лишь за­ тем вовлекается в клеточные процессы, в том числе связанные с пищеварением.

Энергетический обмен амитохондриальных паразитических протистов

Определенные группы протистов — дипломонады, оксимонады, Entamoeba, парабазалии и Microspore1 — разитель­ но отличны от большинства эукариот организацией своего метаболизма: у них отсутствуют митохондрии. Амитохондриальные протисты синтезируют АТФ исключительно в ходе гликолиза и субстратного фосфорилирования. Они не имеют связанной с энергетическим обменом системы транспорта электро­ нов. Большинство из них, если не все, обладают гидрогеносомами или митосомами, у которых, вероятно, имеется предок, общий с современными мито-

хондриями. Все эти организмы относят­ ся к анаэробам или микроаэробам, т.е. переносят низкие концентрации 02, но погибают при атмосферной концентра­ ции кислорода. У них не обнаружен процесс окислительного фосфорилирования, который идет при участии митохондриальной АТФ-синтазы типа Ф,Ф0 за счет энергии трансмембранного про­ тонного градиента. Тем не менее, гли­ колиз, а также большинство реакций, в которых производятся конечные про­ дукты обмена, очень похожи на эти про­ цессы у аэробных эукариот.

Амитохондриальные протисты не­ способны доводить окисление органи­

ческого субстрата до двуокиси углеро­ да и воды, поэтому говорят, что они — ферментирующие организмы (рис. 293). Основным источником энергии являют­ ся углеводы, преимущественно глюко­ за и ее полимеры. Окисление одной молекулы гексозы дает лишь несколько молекул АТФ. Конечными продуктами ферментации углеводов чаще всего вы­ ступают органические кислоты (уксус­ ная, янтарная, молочная) или аланин, а также этанол и С02.

По организации метаболизма ами­ тохондриальные клетки принципиально делятся на два типа, которые неоднок­ ратно и независимо возникали в разных

эволюционных ветвях. В клетках типа I (например, Giardia intestinalis, Enta­ moeba histolytica) все процессы энерге­ тического обмена идут в цитозоле. Организмы типа II (например, Рагаbasalea) имеют гидрогеносомы (см. рис. 15). У этих организмов в цитозоле идет гликолиз до пирувата, а также форми­ руются почти все конечные продукты гликолиза. Пируват же поступает в гидрогеносому и в результате окислитель­ ного декарбоксилирования пируватферредоксиноксидоредуктазой преобразу­ ется в ацетил-КоА. Превращение аце- тил-КоА в ацетат сопровождается фосфорилированием АДФ с образова­ нием АТФ. В дополнение к ацетату в качестве конечных продуктов высво­ бождаются С02 и Н2. Присутствие мо­ лекулярного водорода породило назва­ ние органеллы — гидрогеносома.

Наличие специфических реакций и ферментов у амитохондриальных пара­ зитов дает возможность применять про­ тив них избирательные лекарственные препараты, такие как производные 5-нитроимидазола, которые воздейству­ ют на пируватферредоксиноксидоредуктазу.

Кристаллы

Многие протесты содержат кристал­ лы, которые, благодаря их свойству двойного лучепреломления, хорошо видны в поляризационный микроскоп. Кристаллы бывают разной формы (рис. 294), но всегда окружены мембраной. Их встречаемость и форма у гетеротроф­ ных организмов каким-то образом свя-

Р и с . 2 9 4 . К р и с т а л л ы , в с т р е ч а ю щ и е с я в клетках Paramecium (по Вихтерману).

заны с рационом. Питающиеся бактери­ ями парамеции содержат мелкие крис­ таллы; кормление белками и мясным экстрактом приводит к образованию у них множества крупных кристаллов. Фораминиферы образуют кристаллы после поглощения копепод или инфузо­ рий, но они отсутствуют у особей, раци­ он которых состоит лишь из диатомовых водорослей. Однако, какова связь меж­ ду пищеварением и формированием кри­ сталлов, пока совершенно непонятно.

Химическую и физическую приро­ ду большинства кристаллов еще пред­ стоит выяснить. Кристаллы состоят в основном из солей кальция и фосфора с включениями магния, калия, хлора и серы. Из этих химических соединений образуются полифосфатные стяжения, гидроксиапатит и другие минералы. Внутриклеточные кристаллы Parame­ cium tetraurelia содержат биогенный обогащенный кальцием струвит [(MgCa)NH4P04x6H20] — вещество, которое было найдено в отложениях экскрементов летучих мышей и пингви­ нов1. Кроме того, часто встречаются и органические составляющие. Лучшим

примером так называемого «органиче­ ского кристалла» служит литосома — шаровидное тело, образованное череду­ ющимися концентрическими слоями органического и неорганического мате­ риала (рис. 295). Кристаллические све­ топреломляющие тельца, известные у ряда морских протистов (например, у динофлагеллаты Gonyaulax, инфузории Рагаигопета) содержат в высокой кон­ центрации пурины, особенно гуанин. Кристаллы, состоящие из пуринов (гу­ анина, гипоксантина и в меньшей сте­ пени ксантина), недавно были обнару­ жены у Paramecium tetraurelia.

В прошлом считалось, что кристал­ лы представляют собой продукты мета­ болизма (экскреционные зерна), кото­ рые должны выводиться из клетки. Од­ нако экзоцитоз целых кристаллов, на­ пример, у Paramecium, никогда не был описан; наблюдали лишь выведение из

клетки растворимых пуринов. Форми­ рование кристаллов может служить способом изоляции продуктов азотисто­ го обмена, которые не следует выводить во внешнюю среду, где они могут по­ служить аттрактантом для хищников. Таким образом, струвит и пурины, воз­ можно, участвуют в азотистом обмене клетки протиста.

В последнее время обсуждаются две другие гипотезы. (1) Кристаллы представляют собой депо или резерву­ ар ионов, пуринов и органического азо­ та, которые либо совершенно необходи­ мы для определенных метаболических процессов, либо используются в случае голодания. (2) Кристаллы задействова­ ны в регуляции концентрации опреде­ ленных ионов в клетке. Имеются аргу­ менты в пользу обеих гипотез. Так, кри­ сталлы всегда присутствуют в цито­ плазме некоторых амеб и, если их

удалить экспериментально, быстро об­ разуются снова. Кроме того, многие протисты формируют кристаллы, когда их содержат в оптимальных условиях.

Везикулы Paramecium, в которых образуется струвит, также содержат ли-

пиды. Предполагается, что липиды спо­ собствуют формированию внутрикле­ точных кристаллов, потому что они эк­ страгируют металлы из растворов и вызывают кристаллообразование на границе раздела сред жир-вода.

Ядра простейших по форме, строе­ нию и типу деления (рис. 296) более разнообразны, чем ядра многоклеточ­ ных животных и растений. Большин­ ство протистов имеет только одно ядро, хотя довольно часто встречаются виды с несколькими или многими идентич­ ными ядрами. Такие организмы называ­ ются гомокариотными; к ним относят­ ся Chaos, Pelomyxa, Actinosphaerium, OpalinaK У протистов со сложным жиз­ ненным циклом (например, Apicomplexa) встречаются одноядерные и многоядерные стадии. Это характерно для Coccidia, где спорозоиты и мерозоиты имеют только одно ядро, а шизонты и микрогамонты содержат много ядер. В жизненном цикле ряда фораминифер гамонты одноядерны, в то время как агамонты многоядерны.

Гетерокариотными или разноядерными называют протистов, у которых в одной клетке единовременно присут­ ствуют ядра разных типов. Если ядра двух типов выполняют различные функ­ ции, то говорят о ядерном дуализме. Настоящий ядерный дуализм с одним или несколькими мелкими микронукле­ усами и одним или несколькими круп­ ными макронуклеусами (рис. 112, 113, 297) характерен для всех цилиат и оп­ ределенных стадий (агамонтов) некото­ рых фораминифер (например, Rotaliella heterokaryotica; см. рис. 162). Микро­ нуклеус — это генеративное ядро, у

к о н д е н с и р о в а н н ы е х р о м о с о м ы ( х р ) , яд­ рышко (яд) и ядерная пластинка (яп). Увел.:

15 000х.

которого экспрессия генов слабо выра­ жена или отсутствует. Макронуклеус — соматическое ядро, определяющее фе­ нотип клетки; оно не участвует в поло­ вом размножении. В противополож­ ность этому, разноядерность других протистов (например, динофлагеллаты

Peridinium balticum) нельзя считать на­ стоящим ядерным дуализмом, посколь­ ку одно из ядер принадлежит эндосимбионту и, естественно, содержит иной геном.

Форма ядра у большинства протис­ тов сферическая или яйцевидная. Диа-

метр ядра варьирует от менее 1 мкм до примерно 100 мкм*. Наиболее сложной формой отличаются макронуклеусы крупных инфузорий; эти ядра зачастую сегментированы или имеют дольчатое строение. Увеличение площади повер­ хности макронуклеуса обеспечивает эффективный обмен между ядром и цитоплазмой. Объем макронуклеуса пропорционален объему клетки.

Ядро (см. рис. 7, 18, 296) окружено ядерной оболочкой. Как у всех эукариот, она состоит из пронизанных порами цистерн, производных шероховатого эндоплазматического ретикулума. Внут­ реннюю мембрану ядерной оболочки укрепляет филаментозный слой, или ядерная пластинка (рис. 296). У Amoeba proteus она представлена так называе­ мым сотовым слоем — толстым харак­ терно структурированным комплексом филаментов (рис. 298), — функция ко­ торого до сих пор неизвестна. У неко­ торых солнечников (например, Actinophrys) на ядерную оболочку опираются микротрубочки аксоподий.

Рис. 298. Ядерная пластинка в форме сото ­ вого слоя (стрелки) под ядерной оболочкой Amoeba proteus ( л ю б е з н о п р е д о с т а в л е н В. Ш т о к е м , Бонн). Увел.: 12 ОООх.